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Ing. Mecánica
DEFINICIÓN DE PLÁSTICOS
Los materiales plásticos son un conjunto de materiales de origen orgánico. Han sido obtenidos artificialmente, a partir de productos del:
petróleo, carbón, gas natural, materias vegetales (celulosa) o proteínas (caseína de la leche),
y en alguna fase de su fabricación han adquirido la suficiente plasticidad para darles forma y obtener productos industriales.
Son materiales sintéticos denominados POLIMEROS, formados por moléculas, cuyo principal componente es el CARBONO.
En la actualidad, la cantidad de plásticos existente es enorme. Cada uno de ellos tiene unas propiedades y aplicaciones específicas. En general, se puede decir que los plásticos son más ligeros que los metales y es mucho fácil darles forma, manteniendo una resistencia a las deformaciones aceptable. Por ello, la tendencia actual es la sustitución de los materiales naturales utilizados hasta ahora, tales como madera, metales, etc., por plásticos.
Los tipos de plásticos más empleados en la actualidad, por orden de importancia, son:
poliestireno, resinas fenólicas, polipropileno y resinas úricas.
Entre las ventajas que ofrecen los plásticos, en relación con otros materiales, cabe citar:
resistencia a la corrosión y agentes químicos, aislamiento térmico y acústico, resistencia a los impactos y, finalmente, una buena presentación estética.
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En las fotografías se muestran algunas de las muchas aplicaciones que se les da a los materiales plásticos.
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ORIGEN Y EVOLUCIÓN DE LOS PLÁSTICOS
1864: CeluloideJohn Wesley Hyatt consiguió el primer plástico, al añadir a una solución de nitrocelulosa (celulosa + ácido nítrico) alcanfor, en un intento de descubrir un material apto para sustituir el marfil de las bolas de billar. El resultado obtenido era un material muy duro, que se podía moldear, así como añadir colorantes. También podía obtenerse un «cristal» flexible en forma de lámina.
Fue patentado con el nombre de celuloide, y se empezó a utilizar en asideros, mangos, manubrios, juguetes, dentaduras postizas, joyería, gemelos, broches, películas de fotografías y cine, etc. El problema principal era su inflamabilidad.
En el año 1909, descubrió el acetato de celulosa, con propiedades análogas y no inflamable, que se hizo famoso gracias a la fotografía.
Actualmente, varios productos los han desplazado en la mayor parte de las aplicaciones, pero todavía se siguen empleando. Una aplicación muy característica es la fabricación de pelotas de ping-pong.
1897: Galatita o cuerno artificialLos físicos alemanes descubrieron que si a la caseína (proteína de la leche de vaca, que se manifiesta en forma de cuajada en la fabricación del queso) se le añadía formol, se endurecía, pudiéndose moldear fácilmente. Fue el primer plástico barato que se empleó en la fabricación de botones, agujas de hacer punto y en la obtención de aislantes eléctricos.
El endurecimiento resultaba algo lento, tardando de algunas semanas hasta, incluso, un año para objetos gruesos. Si se calentaba a unos 70°C, se podía doblar y troquelar.
1909: BaquelitaEl Dr. Leo Henrick Baekeland descubrió que podía controlar una reacción entre el fenol y el formol para producir una resina, en forma de polvo, que después podía moldearse aplicándole calor y presión. Había creado el primer plástico sintético.
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Una vez sometido al calor ya no se podía ablandar ni volver a moldear. Se denominan termoestable o irreversible. Un ejemplo de su uso se encuentra aún hoy en lapiceras y bolígrafos de calidad.
COMPONENTES PRINCIPALES DE LOS PLÁSTICOS
En la constitución de los plásticos entran los siguientes elementos:
a) Materia básica. Puede ser celulosa, caseína, resina, poliuretano, etc.
b) Cargas. Abaratan el producto obtenido o mejorar sus propiedades físicas, químicas o mecánicas. Se utilizan fibras textiles, papel, sílice, etc.
c) Colorantes. Permiten obtener un plástico con el color deseado.
d) Catalizadores. Tienen por finalidad acelerar la reacción química.
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FORMACIÓN DE LOS PLÁSTICOS
La característica común de todos los plásticos es la de estar formados por moléculas gigantes o macromoléculas.
Estas MACROMOLECULAS (también llamadas POLIMEROS) se forman por unión de otras moléculas más pequeñas denominadas MONÓMEROS. La unión se realiza en secuencia, un monómero después de otro, formando una cadena, en el que cada monómero que se repite forma un eslabón, siendo el número de eslabones o número de unidades monoméricas el GRADO DE POLIMERIZACION
Los plásticos son PRODUCTOS SINTETICOS, que se fabrican a partir de otros ya elaborados por el hombre. Los plásticos conocidos en la actualidad se pueden fabricar de dos maneras distintas:
a) Policondensación (polimerización por pasos). Es una reacción en la cual dos moléculas diferentes se unen, con eliminación de una molécula, dando origen a un producto nuevo.
b) Poliadición (polimerización en cadena). Reacción que se produce entre dos monómeros con doble o triple enlace.
TIPOS DE PLÁSTICOS.
Los plásticos se pueden clasificar atendiendo a dos criterios:
Procedencia de la materia prima: se pueden clasificar en plásticos naturales y plásticos sintéticos.
Según sus propiedades se dividen en dos grandes grupos:
a) Termoplásticos. Son aquellos que al ser calentados a determinadas temperaturas (entre 50° y 200°C) vuelven a un estado de plasticidad que les permite ser moldeados.
b) Termoestables. Son aquellos que una vez moldeados por el calor, no pueden modificar su forma. Son duros, aunque frágiles.
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Proceso:
(0): Comienza con la obtención del plástico, (procesos químicos)(1): Se transforma en granos o trozos pequeños. (2): Se obtiene una masa pastosa (plástica) mediante calor. (3): Representa un método genérico de obtención de plástico.(4): Se utiliza hasta que se rompe, desgasta o finaliza su utilidad (5).
(6): Reciclado: se introduce en un contenedor.(7): Selección de plásticos,
los termoplásticos siguen el ciclo, mientras que los termoestables se pueden reciclar de nuevo
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FAMILIA DE PLÁSTICOS MÁS IMPORTANTES
Naturales
Sintéticos(origen orgánico)
ESTUDIO DE CADA UNO DE LOS DIFERENTES PLÁSTICOS
PROCEDENTES DE MATERIALES NATURALESFueron los primeros que se emplearon, pero en la actualidad se utilizan muy poco.
a) Derivados de la celulosaTodos estos derivados son termoestables. Celuloide: A pesar de su alta inflamabilidad y de no poder ser
moldeado con los métodos tradicionales, sigue empleándose en la obtención de pelotas de ping-pon, rodillos, tubos, papeles plastificados y hojas, films, etc.
El mayor inconveniente es que al cabo de 4 o 5 años se hace frágil y quebradizo.
Celulosa
Caseína
Caucho
Termoestables
Termoplásticos
Celuloide (celulosa + ácido nítrico + alcanfor)Cellón (Celulosa + ácido acético)Celofán (celulosa + disufuro de carbono + sosa cáustica)
Galatita o cuerno artificial (caseína + dormaldehído)
Natural
Sintético
Goma blanda (látex + del 3 al 20% de S)Goma dura (EBONITA)Goma esponjosa (látex + azufre en polvo)
BunaPerbunan
Resinas fenólicas (formol + fenol) BAQUELITAResinas únicas (urea + formaldehído)Resinas melamínicas (carburo de calcio+ nitrógeno)Resinas de poliéster ( Alquitrán de hulla + estirol)Resinas de epóxido (acetileno + fenol)Poliuretano (Poliéster + Bensol)
Polivinílicos
PoliestirenoPolietilenoPlocarbonatosPoliamidasPolimetacrilatosFluorocarbonos
Blandosduros
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Cellón: Tiene una densidad de 1,4 kg/dm3.
Se obtiene añadiendo ácido acético a la celulosa. las propiedades son análogas al celuloide, excepto que no es tan inflamable (aunque arde sin llama).
Se emplea para capa intermedia de vidrios compuestos inastillables, monturas de gafas, barnices, etc.
Celofán : Se obtiene disolviendo la celulosa en disulfuro de carbono y soda cáustica, con lo que se consigue una solución pastosa, llamada viscosa. Esta viscosa se hace pasar, a través de una ranura larga y, estrecha, a un baño de ácido, donde se produce su transformación en celofán.
El celofán se emplea como medio de envasado o empaquetado. La lámina o película puede ser transparente o bien coloreada.
b) Derivados de la caseínaYa han sido estudiados con anterioridad.
c) Derivados del cauchoCaucho natural.
Es un jugo lechoso, denominado látex, exudado por los cortes hechos en la corteza de un árbol tropical, llamado Hevea. La producción anual de un árbol suele variar entre 1 y 3 kg.
El látex se coagula rápidamente, lo que quita a la materia sus propiedades elásticas. Para evitarlo, se le añade ácido fórmico, de manera que se obtiene lo que se denomina caucho crudo, coagulado.
Este caucho crudo tiene el problema de que por debajo de –10°C se vuelve quebradizo y por encima de los 25°C se hace pegajoso; pero este problema se soluciona mediante la vulcanización. El proceso es el siguiente:
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Trituración del caucho crudo. Se mezcla con azufre. Se eleva la masa a una temperatura superior a la
de fusión del azufre (unos 142° C) y se somete toda la masa a una presión de 5 atmósferas sobre el molde en el que se quiere obtener la pieza.
Cuanto más azufre se añade, más aumenta la dureza, la resistencia a la tracción, a los agentes químicos y a la oxidación. De esta manera se puede obtener:
o Goma blanda- Se obtiene mezclando del 4 al 20 % de azufre.
Cuanto menos azufre tenga más dilatable y elástica será.
- Debido a un proceso de envejecimiento natural de la goma, al cabo de algún tiempo se vuelve frágil, pierde elasticidad y se hace pegajosa.
- Para que duren más tiempo (y no absorban humedad) se suelen espolvorear con talco.
o Goma dura (ebonita)- Se obtiene mezclando del 20 al 50 % de azufre.- Este tipo de goma se puede trabajar por
arranque de viruta, pero desgasta las herramientas rápidamente.
- Se emplea para manivelas, volantes de dirección de automóviles, baterías eléctrica, etc.
o Goma esponjosa- Se obtiene haciendo que el caucho sea agitado
con azufre en polvo y otros elementos para conseguir espuma.
- Posteriormente, se vierte la espuma en moldes y se vulcaniza (elevando la temperatura y la presión).
- Se emplea en: colchones, almohadillas, esponjas de baño, etc.
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Caucho sintéticoSe 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 (impermeabilidad, plasticidad, etc.) y de poderse fabricar por síntesis a partir de derivados del petróleo.
Los polímeros (que son termoplásticos más conocidos hasta la fecha son:
o Los buna: polímeros de butadieno (hidrocarburo) + sodio.
o La perbunan: polímero de butadieno + acrinitrilo. Es especialmente resistente al ataque del aceite y la bencina, por lo que resulta muy adecuado para juntas y arandelas.
Al igual que con el caucho natural, se vulcanizan con azufre. Pueden trabajarse mezclados con caucho natural (para fabricación de neumáticos) o solos. Tienen la ventaja de resistir mejor el calor y el envejecimiento.
Se pueden formar, igualmente, gomas blandas, duras y esponjosas.
El caucho sintético está sustituyendo, en un porcentaje muy alto, al caucho natural, debido a los elevados precios, excesiva demanda y mejores propiedades.
Se emplea, igual que el caucho natural, para membranas, mangueras de agua, juntas radiales, neumáticos para ruedas de automóviles, etc.
PLÁSTICOS SINTÉTICOSEstos plásticos, que proceden de productos manufacturados por el ser humano, han sustituido, en un porcentaje muy alto, a los procedentes
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de materias naturales. Vamos a hacer un estudio somero de los más importantes.
TermoestablesEstos plásticos, una vez que se han endurecido, ya no se reblandecen nuevamente, por mucho que se calienten, a no ser que se les aplique algún tipo de disolvente. Por ello, los desperdicios producidos al trabajarlos carecen de valor ya que no pueden volver a fundirse.
El endurecimiento de estos plásticos también puede obtenerse por reacción química mediante catalizadores) sin necesidad de calentamiento alguno. Generalmente, arden mal y son difícilmente soldables. Entre los más importantes se encuentran:
o Resinas fenólicas- Se obtienen como combinación química del fenol
(derivado del carbón) y del formaldehído.- El olor del fenol se mantiene en los productos
obtenidos, notándose especialmente cuando se calientan, por lo que no es adecuado para la fabricación de recipientes alimenticios.
- Casi todas estas resinas fenólicas se suelen utilizar mezcladas con cargas para mejorar sus propiedades. Así se pueden distinguir:
Prensadas Las cargas de relleno suelen ser polvo mineral,
serrín, fibras textiles, recortes de tejidos, etc. Las piezas obtenidas son buenos aislantes de la
electricidad. Las aplicaciones más usuales suelen ser plumas
estilográficas, aspiradores de polvo, interruptores eléctricos, aparatos de teléfono, carcasas de motores, etc. Los nombres comerciales más populares son: Baquelita, Durita, Trolitrán, etc.
Formando capas Si sobre la solución de resina fenólica se
empapan bandas de tejido, láminas de papel y
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chapas de madera, y se dejan endurecer, se obtienen placas de tejido, papel y chapas de madera dura, respectivamente, que tienen la ventaja de no absorber la humedad y de resistir muy bien los golpes o choques.
Con ellos se fabrican martillos y mazas que no dañan las piezas que golpean, engranajes silenciosos, casquillos de cojinetes, aislantes, lanzaderas para telares, etc.
o Resinas úricas- Se obtienen a partir de la urea sintética (procedente del
nitrógeno del aire) y del formaldehído.- Esta resina es insensible a la luz, por lo que se puede
emplear para obtener piezas de colores blancos y claros.
- No tiene olor ni sabor alguno, por lo que se puede emplear en recipientes alimentarlos.
- Se trabaja de la misma forma que las resinas fenólicas para constituir masas prensadas.
- Las aplicaciones más normales son aislamientos eléctricos, pantallas, vajillas, material espumoso para aislamientos térmicos y acústicos, etc.
- Los nombres comerciales más importantes son Formica, Resopal y Polopas.
o Resinas melamínicas- Se fabrican con melamina (obtenida del carburo
cálcico) y formaldehído.- Las características y aplicaciones son muy similares a
las resinas úricas. Tampoco desprenden olor ni sabor, lo que las hace útiles para productos alimentarlos.
- Nombres comerciales: Novoplas y Ultrapas.
o Resinas de poliéster- Se obtienen de derivados del alquitrán de hulla y del
estirol.- Estas resinas son incoloras y transparentes. Se
pueden colorear a voluntad. El endurecimiento se
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obtiene mediante calor a presión o en frío, sin presión o añadiéndole catalizadores.
- Pueden resistir temperaturas de entre 100 y 200°C sin deteriorarse.
- Se emplean en recubrimientos de fibra de vidrio (para construcción de barcos, aviones, etc.) y placas transparentes para cubiertas.
- Algunas de las denominaciones comerciales son: Tronex, Lamilux, Spimalit y Filón.
o Resinas de epóxido- Tienen como materia básica acetileno y una clase de
fenol (bisfenol A). En estado líquido son venenosas y sus vapores irritan la piel, pero una vez endurecidas y en estado sólido son inodoras e insípidas.
- Resisten muy bien los ácidos y las lejías, así como temperaturas de hasta 120 a 1 50°C.
- Son fáciles de trabajar por arranque de viruta.- Tienen unas buenas características mecánicas así
como resistencia al desgaste, por ello se emplean en la construcción de herramientas sencillas para el trabajo de chapas.
- Son muy buenos aislantes eléctricos.- Se adhieren fácilmente a los metales, con lo que
constituyen un buen pegamento para estos materiales.- Las aplicaciones más usuales son:
Disueltas en acetona, dan origen a barnices y laca, que, aplicadas sobre metales y otros materiales y sometidas a temperaturas del orden de 150 a 200°C se endurecen. Son los denominados barnices al fuego, muy resistentes a los arañazos.
Recubrimiento de conductores eléctricos, como aislantes.
- Las denominaciones comerciales más importantes son: Araldit, Epoxín y Metallón.
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o Poliuretano- Se obtienen por poliadición de un poliéster
(denominado desmofén) y un derivado del benzol (el desmodur).
- Las propiedades del poliuretano obtenido dependen de las proporciones que tengan ambos elementos de la poliadición.
- Se obtienen tres tipos de productos: Materiales esponjosos y elásticos: esponjas,
rellenos de almohadas y colchones, goma espuma, etc.
Materiales espumosos duros: aislantes para el calor y sonido (inyectables en paredes o rígidos).
Materiales macizos con elasticidad: juntas de goma elásticas, correas trapezoidales, ruedas de fricción, etc.
Pegamentos: constan de dos partes; el pegamento en sí y un catalizador, que mezclados y unidos a las piezas metálicas a pegar proporcionan una unión resistente y duradera.
Barnices: de gran dureza vítrea.
- Las denominaciones comerciales son: Para el material espumoso: Moltoprén. Para el material macizo: Goma-Vulcollán. Para adhesivo: Pegamento Desmocoll.
TermoplásticosEstos plásticos tienen la ventaja de que se pueden reciclar y, por tanto, no se producen desperdicios como consecuencia de los recortes, roturas o desgaste de las piezas con ellos fabricados. Sin embargo, tienen un gran inconveniente, que radica en la poca resistencia mecánica que ofrecen en cuanto aumenta la temperatura, por ello se suelen emplear, preferentemente, en aquellas aplicaciones en las que la temperatura existente es la del ambiente.
o Polivinílicos- Se obtienen por polimerización del acetileno y el ácido
clorhídrico.
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- El más importante es el cloruro de polivinilo (PVC), por lo que el estudio de los polivinilos se va a centrar única y exclusivamente en él.
- En su estado original es un material duro, pero mediante adiciones se puede ablandar hasta dejarlo plástico como el cuero.
- Resiste muy bien el ataque de lejías, ácidos y gasolina.- Aplicación:
En estado duro Tuberías y conducciones de agua
residuales. Carcasas de bombas, válvulas y llaves de
paso.
En estado blando En tapizados, como cuero artificial. Para máquinas, zapatillas, trajes
protectores, guantes. Abrigos, impermeables, recubrimientos de mercancías. Aislamiento de calles.
o Poliestireno- Se obtienen del estirol (derivado del petróleo) y del
benzol.- Son transparentes, pudiéndose colorear a voluntad.- Se fabrican de dos formas:
Poliestireno duro Es frágil. Se emplea mucho como films (película
delgada y transparente) para embalajes y envoltorios de productos frescos, ya que ofrece una alta permeabilidad al vapor de agua y, por tanto, a la entrada de oxígeno. Este film es un poco rígido. Se utiliza, sobre todo, en envoltorios de bandejas para tomates, lechugas, etc.
Con él se fabrican escuadras, reglas, cartabones, bolígrafos, etc.
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Poliestireno expandido (conocido también como «corcho blanco»)
Es bastante rígido. Tiene una buena tenacidad, gran
resistencia a los hongos y bacterias, absorbe muy poca agua y no tiene efectos tóxicos.
Por tratarse de un plástico espumado tiene una densidad muy baja.
Su resistencia química es aceptable. Es muy empleado para el envasado y
embalaje de productos delicados y como aislante del calor y del sonido.
o Polietileno- Se obtiene directamente del petróleo. Está compuesto
de carbono e hidrógeno y al quemarse se combina con el aire formando agua y dióxido de carbono, elementos naturales en el medio ambiente.
- A la misma familia pertenecen también los polipropilenos y los poleotilenos.
- Resisten bien los ácidos, lejías y disolventes usualmente empleados, siendo atacados por las acetonas y éteres.
- Son transparentes y ligeros.- Son un buen aislante eléctrico.- Existen dos grandes grupos:
Polietileno duro (o también llamado de alta densidad)
Soporta temperaturas entre -200 y +100 °C. Se emplea en artículos domésticos: grifos,
válvulas, bidones, cubos, cantimploras, botellas, jeringuillas de un solo uso, mascarillas de oxígeno, etc.
Polietileno blando (de baja densidad) Es el que más se consume en los hogares.
Se emplea especialmente para fines agrícolas, sacos y bolsas, vasos, etc.
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o 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 1 00 'C) y a la abrasión o rozamiento.
- Pueden tener un color transparente, translúcido, opaco u otros. Se fabrican nuevos materiales que permiten pasar la luz en más del 90 por 1 00; sus excelentes propiedades ópticas son comparables con el cristal y los acrílicos.
- Pueden ser mecanizados igual que los metales.- Es ignífugo (se autoapaga).- Posee una gran resistencia eléctrica, por lo que puede
emplearse en placas de circuito impreso, condensadores, etc,
- Sus usos más comunes se dan en cuerpos de bombas, ventiladores, carcasas, hélices de barcos, cristales irrompibles de aviones y trenes de alta velocidad, bandejas de comida de aviones, etc.
o Poliamidas- Se fabrican a partir del fenol.- La poliamida más conocida es el nylon.- Cuando no se colorean, su aspecto es blanco lechoso.- Son muy resistentes al desgaste por fricción. No se
deforman hasta los 100°C. Igualmente, son muy resistentes a la fatiga, al impacto y a la abrasión. También son considerados como buenos aislantes eléctricos.
- Muchos tipos de poliamidas están catalogados como autoextinguibles (calor).
- Resisten muy bien el agua caliente y los detergentes.- Los filmes de nylon tienen la propiedad de ser tenaces
y ofrecer una gran barrera al oxígeno y a los olores y sabores, propiedad muy importante en el envasado de alimentos (carne fresca, productos aromáticos, envasado de café, etc.).
- Las aplicaciones más usuales se dan en cuerpos de bombas, correas de transmisión, tejidos, secadores de
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pelo, cinturones de seguridad; también hay tipos de poliamidas aptos para estar en contacto con los alimentos: espátulas, tenedores, etc.
o Polimetacrilatos- Conocidos también como resinas acrílicas o
metacrilatos.- Se obtienen a partir de¡ gas natural, aire comprimido y
la acetona.- Las maneras comerciales de suministro son en forma
de polvo, planchas y paneles redondos, tubos y barras cuadrangulares.
- No se decoloran con la luz ni con el paso del tiempo (son cualidades superiores a otros plásticos).
- Son muy ligeros y resistentes, especialmente a los golpes.
- Se les puede dar cualquier color. En el modelo transparente permite el paso de la luz blanca en un 92%, lo que le asemeja al cristal, siendo así muy adecuados en la sustitución de éste.
- Conservan las propiedades durante años, después de haber estado expuestos a la intemperie, salinidad, atmósferas oxidantes, etc.
- Resisten bien los agentes químicos.- Aplicaciones. Cristales de ventanas de aviones,
cerramientos en el campo de la construcción (centros comerciales, restaurantes, museos, etc.) ya que combinan transparencia, ligereza, resistencia a la rotura, fácil mantenimiento y diseño flexible y fácil, claraboyas, pilotos posterior y anterior de automóviles, lámparas, mobiliario (mesas, estanterías, etc.), lentes para focos en marina, accesorios de baño.
- El más conocido es el plexiglás.
o Fluorocarbonos- Se obtienen a partir de acetileno.- Poseen una gran resistencia al calor y a los agentes
químicos.
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- Tienen unas propiedades mecánicas aceptables, pudiéndose mejorar con cargas inorgánicas o fibras de vidrio.
- Los dos compuestos más utilizados son: Politetrafluoretileno (más conocido como teflón):
Es el de mayor resistencia química conocido en la actualidad.
Su superficie tiene un carácter deslizante y con muy poca capacidad adhesiva, lo que puede hacerlo muy útil para superficies y fachadas antipintadas o que eviten graffitis en trenes y autobuses.
Se emplea en medicina (prótesis de uréter, laringe, tráquea, tendones, válvulas coronarlas, ligamentos, pieles artificiales y prótesis de cadera) así como en sartenes y cazuelas que llevan una capa antiadherente.
Para obtener los distintos productos se introduce el PTFE en forma de gránulos en moldes y se comprime elevando su temperatura por encima de los 400°C. Mediante un enfriamiento rápido el producto se hace tenaz y flexible.
Policlorotrífluoretileno: Aunque es menos resistente, desde el
punto de vista químico, que el anterior, también es menos susceptible de ser atacado por agentes ,corrosivos y disolventes orgánicos.
Es más rígido y tenaz que el teflón. Se emplea en casquillos sin lubricación,
membranas para válvulas y bombas, aislamientos de conductores eléctricos, recubrimiento de objetos metálicos para evitar la oxidación y la corrosión.
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MÉTODOS DE OBTENCIÓN DE PRODUCTOS PLÁSTICOS
La fabricación de productos sintéticos se realiza, predominantemente, sin arranque de viruta. Normalmente, se lleva a cabo partiendo de la Materia prima, que procede del plástico reciclado o bien elaborado químicamente a través del proceso correspondiente.
Posteriormente, se hace pasar por los molinos, que la convierten en gránulos, escamas o polvo. A continuación se introduce en moldes con la forma de la pieza a obtener.
Las piezas salen del molde terminadas, es decir, no precisan ningún proceso posterior, excepto la eliminación de rebabas.
Los principales métodos de obtención son por prensado, inyección, transferencia, extrusión y soplado.
PrensadoSe emplea especialmente para materiales termoplásticos. El material pulverizado en gránulos, al que se le ha añadido la carga, se introduce en la parte inferior del molde; luego se prensa y se le aplica calor hasta que se vuelve plástico, y fluye entonces a los espacios huecos del molde que se llenan perfectamente. Una vez que la pieza se ha endurecido, se saca.
InyecciónSe emplea, sobre todo, para los materiales termoplásticos. La materia prima se introduce en un recipiente en el que adquiere gran plasticidad.
Un émbolo comprime la masa y la hace pasar al interior del molde a través de una o varias boquillas. Después de
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haber endurecido, se abre el molde y se coge la pieza.
TermoconformadoEs un método que se emplea para materiales termoplásticos. Las piezas se fabrican a partir de películas o planchas rígidas,, mediante termoconformado (deformación en caliente); para ello se coloca la película o plancha sobre el molde adecuado, de forma que apoye bien sobre los bordes.
Una vez aplicado el cierre se calienta a la temperatura necesaria, según el tipo de material, y se aplica vacío, presión, ambas cosas. Una vez frío, se desmolda.
Extrusión-soplado
Se aplica especialmente en termoplásticos para la fabricación de cuerpos huecos.
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El proceso consiste en lo siguiente:
o El material termoplástico sale en estado plástico por un conducto (a), por lo que adquiere una forma tubular a su salida.
o Inmediatamente el material extruido se recoge entre las mitades de un molde de soplado y se corta por debajo de la boquilla de extrusión.
o Al cerrar el molde quedan presionadas las partes del tubo sobresalientes por el fondo. Estas rebabas se cortan y se expulsan automáticamente al abrir el molde.
o Por la cabeza se empieza a insuflar aire (caliente) a presión, con que el material se adapta a las paredes internas del molde, enfriándose al tomar contacto con el metal refrigerado (molde) automáticamente.
PLÁSTICOS MEJORADOS
La evolución y mejora de plásticos que se está consiguiendo día a día es espectacular en la que cabe resaltar:
Plásticos reforzadosEstán formados al menos por dos tipos de materiales; uno que le confiere resistencia a la tracción (denominado material de refuerzo, de ahí su nombre) y el otro, por algún tipo de plástico, de los estudiados anteriormente, que los une.
Ambos materiales están unidos entre sí formando un todo.
Veamos a continuación los problemas que se plantean a la hora de fabricar un plástico reforzado:
o Elección adecuada de los materiales que intervienen en el proceso (plástico y refuerzo).
o Sistema de unión entre ambos.o Aplicaciones a las que se destina el producto reforzado. El material de refuerzo suele ser fibra de vidrio, fibras
orgánicas (lino, yute, madera, esparto y otros), amianto,
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fibras de sílice o cuarzo, fibras de carbono, fibras sintéticas, metálicas, etc.
Todos los plásticos mencionados (termoplásticos y termoestables) pueden ser utilizados para la obtención de productos reforzados. Cuando se están fabricando, se introducen las fibras (refuerzos) en su interior, mezclándolos.
Los productos obtenidos tienen propiedades superiores a los empleados para su fabricación. Así, por ejemplo, si reforzamos con fibra de vidrio, cuya resistencia a la tracción es de 5 a 6 kg/mm2, el producto obtenido llega a alcanzar una resistencia a la tracción de 200 a 300 kg/mm2.
Científicos e ingenieros están ensayando y descubriendo nuevas aplicaciones, muchas de las cuales ya se están empleando en la fabricación de equipos deportivos, carrocerías de automóviles y barcos, alas y fuselajes de aviones, raquetas de tenis, carrocerías de camiones, parachoques de coches, cascos, maletas, esquíes, ruedas de bicicleta de tres radios, cañas de pescar, depósitos de agua y piscinas de poliéster reforzado con fibra de vidrio.
El material más resistente descubierto hasta ahora se denomina KEVLAR, que resulta muy difícil de mecanizar y cortar. Se emplea sobre todo en la fabricación de neumáticos, partes de aviones, satélites de comunicaciones, y especialmente en la fabricación de chalecos antibalas.
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Plásticos combinados o laminadosConsiste en colocar una capa fina de plástico, junto a otro material, para mejorar las propiedades de ambos. A diferencia de los reforzados, aquí la capas de ambos materiales están solapadas o unidas, pero no mezcladas.
Algunas de las aplicaciones más importantes son:
o Plástico/vidrio. Por todos es conocida la fragilidad del vidrio, sobre todo de pequeño espesor, frente a choques y presiones. Para mejorarlo, Si puede recubrir de plástico, por ejemplo polietileno, que lo protege de choques y además puede servir como aislante térmico para bebidas frías o calientes. Un ejemplo de esto ha sido la invención de la botella Plastishield, patentada por la firma americana Owens Illinois.
También se emplea en la fabricación de vidrios de seguridad o antirrobo.
o Plástico/metal. En el mercado existen muchos productos metálicos que van recubiertos de una fina capa de plástico con objeto de mejorar alguna propiedad; cabe citar, por ejemplo, las latas de conserva en la que la hojalata que constituye el recipiente va recubierto de una fina capa de resina de epóxido o resina fenólica, con objeto de evitar que se oxide y entre en contacto con los alimentos.
Otra aplicación, de muy reciente invención, es la fabricación de vehículos híbridos, con estructura y carrocería de plástico/metal, por la casa Ford y laboratorios de General Motors, en la que la chapa, que aporta tenacidad, va recubierto por ambos lados de plástico (epóxido).
o Plástico/papel o cartón. Tanto el papel como el cartón ofrecen muchas ventajas en la fabricación de algunos productos, pero tienen el inconveniente del no soportar la humedad. Para ello, se recubren de un plástico, generalmente polietileno de baja densidad, por una o ambas caras. Las aplicaciones más conocidas son las empleadas en
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envases de leche, zumos, vino, agua, etc., en los llamados cartones tetrapack, siendo el tetrabrick el más conocido de ellos.
o Plásticos/tejidos. Tienen una gran aplicación en el terreno de los cueros sintéticos (marroquinería y tapicería), envases de tipo cojín (tejido de fibra sintética recubierto por ambos lados de poliuretano o vidrio flexible, que posee la ventaja de poderse plegar y enrollar cuando está vacío).
o Plástico/plástico. En muchos envases o embalajes que contienen productos alimenticios, cosméticos, bebidas, etc., es necesaria la combinación de varias capas (multicapas) para conseguir una resistencia exterior adecuada o característica especial para garantizar el producto interior.
Por ejemplo, en cosmética, las botellas o tarros de polietileno suelen llevar un recubrimiento externo de poliamida de grado especial.
Plásticos mejoradosConsiste en combinar los dos métodos, el reforzado y el laminado.
La invención más reciente es de origen español y se aplica en la fabricación de postes de baja y mediana tensión, postes de telefónica, faroles de iluminación, antenas de comunicación, vigas de construcción o transporte. Esta combinación está patentada con el nombre de composteel, y se encuentra formada por:
o Alma interna de acero, que da rigidez y tenacidad al conjunto.o Fibras de vidrio, de carbono o arilamida.o Resinas de poliéster, epoxi, etc.
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VIDRIO
Básicamente, el principio de fabricación del vidrio ha permanecido invariable desde sus comienzos, pues las principales materias primas y las temperaturas de fusión no han sido modificadas. Sin embargo, las técnicas se han transformado para conseguir un proceso de producción más acelerado, y los investigadores han elaborado diferentes compuestos para combinarlos con el material bruto y así variar las propiedades físicas y químicas, de manera que sea posible disponer de una amplia gama de vidrios para diversas aplicaciones.
El vidrio se hace en un reactor de fusión, en donde se calienta una mezcla que casi siempre consiste en arena silícea (arcillas) y óxidos metálicos secos pulverizados o granulados. En el proceso de la fusión (paso de sólido a líquido) se forma un líquido viscoso y la masa se hace transparente y homogénea a temperaturas mayores a 1000ºC. Al sacarlo del reactor, el vidrio adquiere una rigidez que permite darle forma y manipularlo. Controlando la temperatura de enfriamiento se evita la desvitrificación o cristalización.
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La tecnología del VIDRIO LAMINADO posee otras importantes cualidades que añade a la seguridad integral de los ocupantes, como es su capacidad para amortiguar la fuerza con la que una persona impacta contra el parabrisas en un choque frontal, el reduce significativamente la magnitud del golpe corporal que sufren los ocupantes, y por consiguiente, reduce las diversas lesiones físicas que puede sufrir una persona, sobretodo en la cabeza, el cuello y las cervicales.
La capa interna de poly vinyl butyral, que lleva el parabrisas laminado, es la que evita que en caso de choque, vidrios del parabrisas se desprendan y caigan sobre la cabina del vehículo, formando una nube de minúsculos y cortantes pedazos que laceren los ojos y rostro de los ocupantes.
Por otra parte, el vidrio laminado desde su fabricación, permite añadir al parabrisas una serie de propiedades adicionales, como la de filtrar los rayos ultravioletas hasta en un 99 por ciento, ser reflectivo a la luz y reducir su luminosidad hasta en un 47 por ciento, no ab-
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sorber el calor solar permitiendo condiciones de mayor comodidad ambiental a los ocupantes y evitando el sobre uso del aire acondicionado, reduce los niveles de ruido que se filtran a través del parabrisas y muchos otros beneficios especiales que podríamos mencionar con respecto al uso de la tecnología del poly vinyl butyral en el parabrisas laminado.
Contrario al vidrio laminado, el VIDRIO TEMPERADO O TEMPLADO es íntegramente un solo vidrio endurecido. Este se fabrica mediante un proceso donde después de que un horno lo calienta hasta llevarlo a un estado de licuefacción, se enfría rápidamente mediante ventiladores y rodillos, generando en él estados de compresión o áreas de gran tensión interna. Mediante este proceso, se logra llevarlo a un endurecimiento 5 veces más alto de lo que regularmente alcanza su grado de dureza normal.
Debido a este estado de gran compresión interna, es que este vidrio cuando se rompe, lo hace estallando en millones de minúsculos fragmentos. Sin embargo, este grado de dureza y patrón de ruptura, es el que hace que el vidrio temperado sea el ideal para utilizarlo como vidrio de ventana, aleta o parabrisas trasero, siendo especialmente atractivo para diseñadores de vehículos que no quieren utilizar marco de ventana en las puertas. Es importante resaltar que debido a sus características técnicas no es conveniente utilizarlo en función de parabrisas delantero.
El vidrio es un material que por sus características es fácilmente recuperable; especialmente el envase de vidrio ya que este es 100 % reciclable, es decir, que a partir de un envase utilizado, puede fabricarse uno nuevo que puede tener las mismas características del primero
En el proceso de reciclaje de vidrio primero debe fragmentarse el vidrio en partes pequeñas y es importante señalar que el reciclaje necesita un 26% menos de energía que la producción original, en la que para crear un kilo de vidrio se necesitan unas 4.200 kilocalorías de energía. Además el material generado por reciclaje reduce en un 20% la contaminación atmosférica.
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Para reciclar no se pueden mezclar las botellas o los envases de color diferente y tampoco los residuos sólidos de otros cristales.
CUERO
Se obtiene principalmente de animales, aunque actualmente se utilizan cueros sintéticos.
Antes de abordar las exigencias que presenta el cuero destinado a tapicería, hay que indicar que las medidas de lucha contra la contaminación, obligan cada día más a prescindir de acabados que contengan solventes. El cambio de sistemas con solventes orgánicos a sistemas acuosos implicó una disminución drástica en los grados de solidez, disminución, que afortunadamente está siendo solucionada en base a nuevos desarrollos de productos químicos en base a poliuretanos
La tapicería es un articulo de larga vida, y en contra del calzado, que si presenta problemas, lo hace en un plazo corto de tiempo, el cuero para tapicería suele presentar los problemas más rápido en unos tres a seis meses y algunos no se presentan hasta los tres años.
La explicación se encuentra en que la larga vida del cuero en uso, precisa introducir el fenómeno de envejecimiento para conocer la evolución que presenta el acabado (y el cuero). Por ello, cualquier intento de normalizar un ensayo de predicción de comportamiento obliga a contemplar la necesidad de completar los ensayos realizados sobre las probetas inmediatas, con otros análogos, pero realizados sobre probetas envejecidas.
FATIGA
La rotura por fatiga de los metales, puede distinguirse por el aspecto que presenta la sección de rotura en el metal, esta fractura esta compuesta de dos partes, una estructura con grano fino sin deformación de color parduzco, y otra de grano grueso con cierta deformación, por donde se produce la rotura súbita del eje.
La dimensión de cada una de ellas depende de lo sobredimensionado que esté el mecanismo para la carga que tiene que soportar, a mayor
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sobredimensión mayor es la superficie de rotura progresiva por fatiga de grano fino y menor la superficie de grano grueso y viceversa.
Este tipo de rotura, se ve favorecida cuando los metales son sometidos a esfuerzos de magnitud y sentido variables, teniendo lugar la rotura con tensiones muy inferiores a sus resistencia a la rotura para esfuerzos de tensiones estáticas constantes y uniformes.
Las acciones combinadas, entre las tensiones descritas anteriormente, con las condiciones siguientes, favorecen roturas por fatiga:
Cambio de sección incorrectamente ejecutado.
Todas las grietas en sí, sirven como punto de concentración de tensiones, iniciándose así su progresión continua hasta que se produce la rotura del componente.
Las tensiones en los bordes de los orificios o chavetas crecen y aumentan considerablemente, pudiendo ser todas origen del inicio de grietas, que llevan a la rotura por fatiga.
Como las grietas de fatiga se deben a tensiones de tracción, una tensión de tracción residual en la superficie de una pieza constituye un peligro adicional de rotura por fatiga.
