TECNOLOGÍA BLOQUE – 04 -
MATERIALES
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Contenido
1. MATERIALES DE USO TÉCNICO ... 4
1.1 Clasificación ... 4
1.2 Factores de elección de un material ... 4
1.3 Propiedades de los materiales... 5
1.3.1 Propiedades químicas. ... 5
1.3.2 Propiedades físicas. ... 6
1.3.3 Propiedades térmicas. ... 6
1.3.4 Propiedades magnéticas. ... 7
1.3.5 Propiedades mecánicas. ... 7
1.4 Ensayos de materiales ... 10
1.4.1 Ensayo de tracción. ... 10
1.4.2 Ensayo de compresión. ... 11
1.4.3 Ensayos de dureza ... 12
2. METALES... 14
2.1 FERROSOS ... 14
2.1.1 Acero ... 18
2.2 NO FERROSOS ... 23
2.2.1 COBRE ... 23
2.2.2 ALUMINIO ... 25
2.2.3 PLOMO ... 27
3. MATERIALES PLÁSTICOS ... 28
3.1 Propiedades de los materiales plásticos. ... 29
3.2 Clasificación de los polímeros ... 30
3.2.1 Termoplásticos ... 30
3.2.2 Termoestables ... 31
3.2.3 Elastómero ... 32
3.3 Aditivos ... 32
3.4 Identificación de los polímeros más utilizados ... 32
3.5 Métodos de conformado ... 34
3.5.1 EXTRUSIÓN: (termoplásticos) ... 34
3.5.2 INYECCIÓN: (termoestables) ... 35
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3.5.3 COMPRESIÓN: (termoestables) ... 35
3.5.4 SOPLADO: (termoplásticos) ... 36
3.5.5 VACÍO: ... 37
3.5.6 CALANDRADO: ... 37
4. FIBRAS TEXTILES ... 39
4.1 Fibras naturales ... 40
4.2 Fibras artificiales ... 40
4.3 Fibras sintéticas ... 40
5. LA MADERA ... 42
5.1 Propiedades de la Madera ... 43
5.2 Clasificación ... 43
5.3 Obtención de la madera ... 44
5.4 Productos derivados de la madera ... 47
5.5 Aplicaciones de la madera ... 48
5.6 Tratamientos de la madera ... 48
6. MATERIALES PÉTREOS Y CERÁMICOS ... 50
6.1 Rocas naturales ... 50
6.2 Materiales cerámicos ... 51
6.3 Materiales aglomerantes ... 53
7. COMPOSITES ... 57
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1. MATERIA MATERIA MATERIAL MATERIA L LES L ES ES ES D D DE D E E E US US US USO O O O TÉCNICO TÉCNICO TÉCNICO TÉCNICO
1.1 Clasificación
Hay muchas formas de clasificar los materiales: según su composición, por su origen, de acuerdo con sus propiedades físico- químicas, desde el punto de vista de la fabricación, etc.
Según su origen, los materiales se pueden clasificar en materiales naturales y materiales artificiales, dependiendo de que se encuentren directamente en el medio natural o sean el resultado de algún proceso de fabricación. Por ejemplo, el granito es un material natural, mientras que el acero es un material artificial.
Según su composición, los materiales se pueden clasificar en elementos y compuestos, homogéneos y heterogéneos, metálicos y no metálicos, inorgánicos y orgánicos, etc.
Según sus propiedades, los materiales se pueden clasificar en rígidos y flexibles, tenaces y frágiles, conductores y aislantes, reciclables y no reciclables, etc.
El criterio más empleado, desde un punto de vista tecnológico, es según sus características comunes teniendo en cuenta su naturaleza física:
Tenemos pues:
1. Materiales metálicos y sus aleaciones.
2. Maderas y sus derivados.
3. Polímeros: llamados vulgarmente plásticos.
4. Materiales pétreos y sus derivados.
5. Fibras textiles.
1.2 Factores de elección de un material
A la hora de seleccionar el material más adecuado para una determinada aplicación, debemos tener en cuenta diversos factores, como son el trabajo que va a desarrollar la pieza, la atmósfera en la que se va a encontrar, el proceso de conformado mediante el cual se le dará la forma definitiva, la disponibilidad de ese material, su coste (No debe suponer más de la mitad del precio final del producto para que su venta pueda resultar competitiva. Incluye extracción, transporte, transformación en producto de primera fase y transporte al lugar de la segunda transformación),…
Por lo tanto, un profundo conocimiento de las propiedades de los distintos grupos de materiales y de las formas en que se pueden mejorar, (elementos químicos de aleación, tratamientos térmicos, …) es la clave para estar en condiciones de determinar cuál es el más adecuado.
Así, antes de fabricar un determinado objeto, es necesario establecer las características deseables que deben poseer los materiales de los que estará hecho, y, en una segunda fase escoger el material óptimo entre aquellos que cumplan las características deseadas.
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1.3 Propiedades de los materiales
Se definen como un conjunto de características diferentes para cada cuerpo o grupo de cuerpos, que ponen de manifiesto cualidades intrínsecas de los mismos o su forma de responder a determinados agentes exteriores: Propiedades mecánicas (resistencia, tenacidad, dureza, rigidez,…), resistencia a la corrosión, conductividad térmica y eléctrica, facilidad de conformado, peso específico y apariencia externa (propiedades sensoriales), factores ecológicos: mínima necesidad de materia prima y posibilidad de reciclaje y reutilización, precio de la materia prima,…
Estas características vienen determinadas por la estructura interna del material (componentes químicos presentes y forma de unión de los átomos)
Las propiedades de un material determinado se pueden clasificar en cinco grandes grupos:
1. Propiedades químicas: Se refiere a los procesos que modifican químicamente un material.
2. Propiedades físicas: Se refiere a las características de los materiales debido al ordenamiento atómico o molecular del mismo.
3. Propiedades térmicas: Se refiere al comportamiento del material frente al calor.
4. Propiedades magnéticas: Se refiere a la capacidad de algunos materiales al ser sometidos a campos magnéticos.
5. Propiedades mecánicas: Están relacionadas con la forma en que reaccionan los materiales al actuar fuerzas sobre ellos.
1.3.1 Propiedades químicas.
1. Estabilidad química: Indica la capacidad de un determinado elemento o compuesto químico de reaccionar espontáneamente al entrar en contacto con otro elemento o a descomponerse o si, por el contrario, para que reaccione es necesaria una acción exterior (calor, trabajo o elementos químicos activadores)
2. Oxidación: Cuando un material se combina con oxígeno, se dice que experimenta una reacción de oxidación. Tal reacción, de forma esquemática sería...
Material + oxígeno = óxido del material + energía
Aunque la oxidación limita la vida del material en ocasiones la formación de una capa de óxido en el mismo, depositada en la parte exterior del material, lo protege de una posterior degradación.
La mayor temperatura acelera el proceso de oxidación del material.
Materiales susceptibles de ser oxidados: hierro, aceros bajos en carbono, cobre, titanio,...
Materiales resistentes a la oxidación: oro, plata, aluminio, estaño, cromo, ...
2. Corrosión: Cuando la oxidación se produce en un ambiente húmedo o en presencia de otras sustancias agresivas, se denomina corrosión.
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1.3.2 Propiedades físicas.
1. Densidad: Es la relación existente entre la masa de una determinada cantidad de material y el volumen que ocupa. Su unidad en el sistema internacional es el kg/m3.2. Peso específico: Es la relación existente entre el peso de una determinada cantidad de material y el volumen que ocupa. Su unidad en el SI es el N/m3.
2 . Resistencia eléctrica: Todas las sustancias ofrecen un mayor o menor grado de oposición al paso de la corriente eléctrica. Tal oposición es la resistencia eléctrica, que define si un material es un conductor, semiconductor o aislante eléctrico.
La resistencia eléctrica se mide en ohmios ( Ω ). Una magnitud asociada a la resistencia eléctrica es la resistividad (ρ), que se define como la resistencia que ofrece al paso de la corriente un material de un metro de longitud y de un m2 de sección. Se mide en Ω·m si bien para una barra de longitud L (m) y sección S (mm2) la resistividad viene dada en Ω mm2/m. La inversa de la resistividad es la conductividad (σ).
3. Propiedades ópticas: Se refiere al comportamiento de los cuerpos cuando la luz incide sobre ellos, así tenemos:
- Cuerpos opacos absorben o reflejan totalmente la luz, impidiendo que pase a su través.
- Cuerpos transparentes transmiten la luz, por lo que permiten ver a través de ellos.
- Cuerpos translúcidos dejan pasar la luz, pero impiden ver los objetos a su través.
1.3.3 Propiedades térmicas.
1. Dilatación térmica o dilatabilidad: La mayoría de los materiales aumentan de tamaño (se dilatan) al aumentar la temperatura. La magnitud que define el grado de dilatación de un cuerpo es el coeficiente de dilatación que nos da una idea del cambio relativo de longitud o volumen que se produce cuando cambia la temperatura del material. Podemos expresarla de tres formas distintas según interese por la forma geométrica de la pieza:
- Coeficiente de dilatación lineal, α
- Coeficiente de dilatación superficial, β
7 - Coeficiente de dilatación cúbica, γ
2. Calor específico (Ce): Se define como la cantidad de calor que necesita una unidad de masa para elevar su temperatura un grado centígrado. En el sistema internacional se mide en J/kg·K (K = grados Kelvin, 0oC = 273,15 K), aunque es más frecuente medirlo en cal/g·K. (calor específico del agua aproximadamente 1 cal/(g·K))
3. Temperatura de fusión: Al elevar la temperatura de un sólido, puede producirse un cambio de estado, pasando de sólido a líquido. La temperatura a la que se sucede tal fenómeno es la temperatura de fusión, que a presión normal se llama punto de fusión. Durante el proceso de fusión la temperatura del cuerpo no varía hasta que se ha aportado el calor necesario para el cambio de estado, momento en el cual vuelve a elevarse la temperatura del cuerpo.
4. Conductividad térmica(K): Es un parámetro que indica el comportamiento de cada cuerpo frente a la transmisión del calor, es decir, es la intensidad con que se transmite el calor en el seno de un material.
5. Calor latente de fusión: Es el calor necesario para transformar una unidad de masa del material del estado sólido al líquido
1.3.4 Propiedades magnéticas.
Representan los cambios físicos que se producen en un cuerpo al estar sometido a un campo magnético exterior.
1. Materiales diamagnéticos: son repelidos por los imanes.
No presentan efectos magnéticos observables. Hidrógeno, cloruro de sodio, oro, plata, cobre,...
2. Materiales paramagnéticos: Son materiales que cuando están sujetos a un campo magnético, sufren el mismo tipo de atracción y repulsión que los imanes normales. Aluminio, platino, magnesio, titanio...
3. Materiales ferromagnéticos: Son aquellos materiales que, cuando se encuentran a una temperatura inferior a un valor determinado adquieren un comportamiento magnético. Hierro, níquel y cobalto.
1.3.5 Propiedades mecánicas.
Las propiedades mecánicas indican el comportamiento de un material cuando se encuentra sometido a fuerzas exteriores.
1. Elasticidad 2. Plasticidad
8 3. Resistencia a la fluencia: Indica la fuerza para la que un material se deforma sin recuperar
su forma primitiva al cesar el esfuerzo.
4. Resistencia a la tracción o resistencia última: Indica la fuerza para la que un material se rompe 5. Resistencia a la torsión: Fuerza torsora que indica la rotura de un material
6. Resistencia a la fatiga 7. Dureza
8. Fragilidad 9. Tenacidad
10. Resiliencia o resistencia al choque 11. Ductilidad
12. Maleabilidad 13. Maquinabilidad
14. Moldeabilidad: Facilidad de un material para ser conformado por fundición o moldeo
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1.4 Ensayos de materiales
Para determinar las propiedades mecánicas de los materiales se han establecido un conjunto de ensayos para medir el comportamiento de los mismos (fundamentalmente los metales) ante diferentes tipos de fuerzas.
Los ensayos a los que se someten los diferentes materiales so pueden clasificar en:
Destructivos: Son aquellos en los que la probeta del material a ensayar es sometido a sucesivos esfuerzos hasta la rotura de la misma.
No destructivos: cuando la prueba practicada a l material no altera de forma permanente sus propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales. Los ensayos no destructivos implican un daño imperceptible o nulo.
1.4.1 Ensayo de tracción.
El ensayo de tracción es uno de los más importantes para la determinación de las propiedades mecánicas de cualquier material. Los datos obtenidos se pueden utilizar para comparar distintos materiales y comprobar si algunos de ellos podrán resistir los esfuerzos a los que van a ser sometidos en una determinada aplicación
Este ensayo consiste en estirar una probeta de dimensiones normaliza das, por medio de una máquina, (máquina universal de ensayos) a una velocidad lenta y constante, obteniéndose de esta forma la curva de tensión-deformación.
Por tensión (σ) se entiende la fuerza aplicada a la probeta por unidad de sección (la unidad de la tensión en el Sistema Internacional es el N/m2);
Es decir, si la sección inicial es So y F la fuerza :
σ=
La deformación se define por la relación entre el alargamiento de la probeta y la longitud inicial de la misma.
ε=
∆
Los datos obtenidos en el ensayo se representan un una gráfica como la siguiente, donde podemos apreciar tres zonas, en las que el comportamiento del material es diferente función de la tensión a que está sometido.
11 Zona elástica. En ella la relación tensión-deformación es lineal, cumpliéndose la ley de Hooke (establece que el alargamiento unitario que experimenta un material elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada F).
Si se detiene el ensayo en cualquier punto de esta zona, la probeta recupera su longitud inicial.
La zona elástica se termina cuando se alcanza el límite elástico (σe).
Zona plástica. En ella los alargamientos son permanentes. Si el ensayo se detiene, por ejemplo en el punto A, se recupera el alargamiento elástico, quedando un alargamiento remanente o plástico.
La curva en la zona plástica tiene menor pendiente que en la elástica, ya que para conseguir grandes alargamientos no es necesario un incremento de carga elevado. La fuerza máxima dividida por la sección inicial de la probeta determina la resis tencia a la tracción (σR) punto en el que se termina la zona plástica.
Zona de estricción. A partir de la carga de rotura, la deformación se lo caliza en una zona determinada de la probeta, la tensión disminuye y la probeta termina por romperse en esa zona.
1.4.2 Ensayo de compresión.
Se entiende que una pieza está sometida a esfuerzos de compresión cuando las fuerzas que actúan sobre ella lo hacen en el sentido de su eje longitudinal y además tienden a acortada. Al igual que en piezas sometidas a tracción, la tensión será la misma para compresión, pero de sentido contrario, y las deformaciones serán en este caso aplastamientos.
La realización del ensayo se efectúa con la misma máquina universal que el ensayo de tracción, pero invirtiendo en sentido de aplicación de la carga.
12 Las probetas que normalmente se utilizan en este tipo de ensayo son cilíndricas en los metales y hormigones o cúbicas para plásticos, maderas, etc. Este tipo de ensayo no es tan frecuente en las aplicaciones industriales como el de tracción y normalmente se aplica a piezas que van a trabajar exclusivamente a compresión como por ejemplo las cimentaciones y pilares de los edificios
El diagrama de la figura que suministra la máquina universal es muy similar al de tracción, con la consiguiente particularidad de que en este caso, las tensiones se consideran negativas y también las deformaciones.
Zona OA o de proporcionalidad: al aplicar la fuerza de compresión, la longitud inicial de la pieza disminuye, apreciándose un ligero ensanchamiento en el centro de la probeta que desaparece al cesar el esfuerzo, esto es, la pieza se recupera y la deformación se denomina plástica. En la figura se puede observar la línea de deformación de este ensayo.
Aplastamientos. Zona AB o de deformaciones permanentes: al continuar aumentando la aplicación del esfuerzo, se producen las primeras deformaciones permanentes de la probeta, de forma que, aun eliminando el esfuerzo la pieza queda deformada permanentemente.
Zona BC o de aplastamiento o rotura: al seguir aumentando la carga, se produce en los materiales frágiles la rotura (caso de las fundiciones), mientras que en los materiales dúctiles se produce un aplastamiento sin rotura.
1.4.3 Ensayos de dureza
La propiedad mecánica de la dureza no está definida claramente, de manera que no se puede medir de una forma absoluta, sino que es necesario mencionar el método utilizado para su determina ción. Entre ellos, se pueden citar los siguientes:
La dureza de los minerales, entendida como la resistencia que oponen a ser rayados, se puede medir mediante diferentes ensayos. . Esta es la base de los ensayos Brinell, Vickers y Rockwell, en los que se utilizan distintos tipos de penetradores que se aprietan con una fuerza determinada contra el material. La medida de la dureza se obtiene dividiendo la fuerza con la que se ha empujado el penetrador entre la superficie de la huella que éste deja en el material.
La dureza es una propiedad de gran importancia práctica, ya que está relacionada con el comportamiento del material frente a la abrasión o al desgaste, así como con la facilidad con que puede mecanizarse; por ejemplo, un material utilizado para moler mineral en una cantera debe ser muy duro para que apenas sufra desgaste en su trabajo.
13 Dureza Brinell, en la que el penetrador es una bola de
acero extraduro y al efectuar la carga sobre la pieza durante un tiempo, deja una huella con forma de casquete esférico. La dureza está en razón inversa al diámetro del casquete, o sea, a mayor diámetro, menor dureza.
Dureza Vickers, en el que el penetrador es una pirámide de diamante y se utiliza para materiales muy duros cuando el método anterior resulta inservible. El método es similar al Rockwell y relaciona la fuerza ejercida sobre el penetrador y la superficie de la pirámide dejada como huella similar a la que se aprecia en la figura.
Dureza Rockwell, mide la profundidad de la huella que deja un penetrador. Se usa una punta de diamante en forma de cono para materiales duros o de bola para materiales blandos.
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2. METALES METALES METALES METALES
Se define a los metales como aquellos elementos químicos que se caracterizan por tener las siguientes propiedades:
- Poseen una estructura interna común.
- Son sólidos a temperaturas normales, excepto el mercurio y el galio - Tienen una alta densidad
- Tienen elevada conductividad térmica y eléctrica.
- Tienen considerable resistencia mecánica.
- Suelen ser maleables.
- Se pueden fundir, conformar y reciclar.
Clasificación:
Se clasifican en dos grandes grupos según el contenido en hierro:
Ferrosos
- Hiero C < 0,1%
- Aceros 0,1 % < C < 2%
- Fundiciones 2 %< C < 7%
Las aleaciones (mezcla de dos o más materiales, donde al menos uno, de forma mayoritaria es un metal) con un contenido de carbono superior, carecen de interés industrial porque son demasiado frágiles.
No Ferrosos:
- Aleaciones pesadas (Cu, Pb, Zn) - Aleaciones ligeras (Al, Ti) - Aleaciones ultraligeras (Mg, Be)
2.1 FERROSOS
Un material es ferroso o férrico cuando su componente principal es el hierro.
Normalmente posee pequeñas cantidades de C que se han incorporado en el proceso de obtención y otros metales incorporados, para que la aleación resultante adquiera propiedades especiales.
El Fe puro no presenta buenas propiedades mecánicas, por lo que tiene muy pocas aplicaciones técnicas
Características del hierro puro
- Es un material magnético (ferromagnético).
- Color blanco azulado.
- Muy dúctil y maleable.
15 - Punto de fusión: aproximadamente 1500 ºC
- Densidad alta (7,87 g/cm3.)
- Buen conductor del calor y la electricidad.
- Se corroe y oxida con mucha facilidad.
- Bajas propiedades mecánicas (al corte, limado, conformado, etc).
- Es un metal más bien blando.
En la industria, el hierro se emplea aleado con carbono y otros materiales, lo que mejora mucho sus propiedades. Una aleación de Fe + C es un producto siderúrgico, que se define como toda sustancia férrea que ha sufrido un proceso metalúrgico.
Método de obtención. Proceso siderúrgico.
Se conoce como proceso siderúrgico al conjunto de operaciones que es preciso realizar para llegar a obtener un metal férrico de unas determinadas características. El proceso siderúrgico engloba desde la extracción del mineral de hierro en las minas hasta la obtención del producto final.
El Fe es un metal que forma parte de la corteza terrestre (5 %); nunca se presenta en estado puro, sino combinado formando óxidos, hidróxidos, carbonatos y sulfuros.
Según el contenido en hierro se distinguen distintos tipos:
Mineral de hierro Contenido en hierro Composición
Magnetita >70% Óxido de hierro
Hematites roja 70% Óxido de hierro
Limonita 60% Hidróxido de hierro
Siderita 40-50% Carbonato de hierro
Pirita <40% Sulfuro de hierro
El mineral que se extrae de la mina contiene una parte con el componente de hierro, llamada mena (elementos aprovechables), y otra parte compuesta por sustancias no ferrosas llamada ganga (elementos no aprovechables) tales como roca, sílice,…
Los pasos a seguir en todo proceso son:
1. Separar la mena de la ganga utilizando sus propiedades físicas: densidad, comportamiento magnético,...
2. Obtener el elemento que nos interesa, Fe, por medio de una reacción química llamada reducción del hierro, que consiste en añadir monóxido de carbono tantas veces como sea necesario hasta obtener hierro puro.
16 C + ½ O2 ⇒ CO
3Fe2O3 + CO ⇒ Fe3O4 + 3CO2 Fe3O4 + CO ⇒ 3FeO + CO2
FeO + CO ⇒ Fe + CO2
Sumando todas las reacciones, se obtiene que Fe2O3 + 3CO ⇒ 2Fe + 3CO2
Esta reacción ocurre en el alto horno, que es un horno especial en el que tiene lugar la fusión de los minerales de hierro y la transformación química en un metal rico en hierro llamado arrabio.
El alto horno está formado por dos troncos de cono colocados unos sobre otro y unidos por su parte más ancha. La altura varía entre unos 30 y 70 m y su diámetro entre 4 y 12 m. Su capacidad de producción varía entre 500 y 1500 toneladas diarias.
La pared interior está recubierta de ladrillo refractario para mantener y soportar las altas temperaturas, y la externa de acero. Entre ambas paredes existen canales de refrigeración.
La parte superior, el tragante, está formada por dos tolvas (depósitos) en forma de campana con dispositivo de apertura y cierre para evitar que se escapen los gases en momento de la carga del material.
El material se introduce por capas de la siguiente forma:
-Una capa de minerales de Fe (magnetita, limonita, siderita o hematites) previamente lavado y desmenuzado (2 Tm)
-Una capa de carbón de coque (combustible) para la fusión y reducción del material (1 Tm)
-Una capa de material fundente (roca caliza) que se combina con las impurezas, ganga y cenizas, que da lugar a la escoria. (0.5 Tm) Esta combinación da lugar a la obtención de un material poroso llamado sínter
Partes, medidas y temperaturas aproximadas de un alto horno
En la parte alta, llamada cuba, se produce el primer calentamiento, en el que se elimina la humedad y se calcina la caliza (CO2 + caliza) ayudada por la inyección de aire caliente insuflada por las toberas de la parte inferior. El CO resultante de la combustión del coque reduce el Fe, obteniéndose una masa esponjosa de Fe etálico.
17 A continuación, en el vientre, que es la parte más ancha, se funden el Fe y la escoria.
Por las toberas, conducto que permite la entrada de aire a altas P y velocidades en torno a 200m/s, entra el aire necesario para la combustión (1350ºC). En algunos casos se pueden alcanzar temperaturas del orden de los 1800ºC, lo que supone un ahorro del carbón de coque.
En la parte inferior, llamada etalaje, se depositan el Fe y la escoria fundidos, de manera que al ser ésta última menos densa que el Fe flota sobre él y lo protege de la oxidación. La escoria y el Fe se extraen a través de dos orificios en la parte inferior, llamados bigotera y piquera respectivamente.
Así, los productos obtenidos del alto horno son:
Escoria.- Es un residuo metalúrgico que a veces adquiere la categoría de subproducto, ya que se puede utilizar como material de construcción, bloques o como aislante de la humedad y en la fabricación de cemento y vidrio. La escoria, como se comentó anteriormente, se recoge por la parte inferior del alto horno por la piquera de escoria(bigotera).
Fundición, hierro colado o arrabio.- Es el producto propiamente aprovechable del alto horno y está constituido por hierro con un contenido en carbono que varía entre el 2% y el 7%. Se presenta en estado líquido a 1800 ºC. En ocasiones, a este metal se le denomina hierro de primera fusión.
También se obtienen humos y gases residuales que se producen como consecuencia de la combustión del coque y de los gases producidos en la reducción química del mineral de hierro que, en un elevado porcentaje, se recogen en un colector situado en la parte superior del alto horno. Estos gases son, principalmente, dióxido de carbono, monóxido de carbono y óxidos de azufre.
Nota:
Los altos hornos funcionan de manera continua y sólo se apagan cuando hay que realizar reparaciones como consecuencia del desgaste del material refractario del recubrimiento de las paredes.
La carga y descarga del material se realiza periódicamente cada 3-4 horas, periodo que puede modificarse controlando la inyección de aire por las toberas.
Existen una serie de pasos para reducir el consumo energético en este proceso:
o Sinterización del mineral (tratamiento térmico de un polvo o compactado metálico o cerámico a una temperatura inferior a la de fusión de la mezcla, para incrementar la fuerza y la resistencia de la pieza creando enlaces fuertes entre las partículas.)
o Inyección de gases combustibles por las toberas
o Aumento de la calidad del coque, disminución de la humedad y del tamaño de los granos.
18 Puede ocurrir que se produzca más arrabio que el que se puede utilizar inmediatamente, en este caso se pone en unos moldes llamados lingoteras para su uso posterior.
A partir de la primera fusión, se obtienen todos los productos ferrosos restantes: hierro dulce, otras fundiciones, acero...
Hierro dulce
El hierro dulce, como hemos visto, es aquel cuyo contenido en carbono es inferior al 0,1 %. En estas condiciones puede considerarse químicamente puro. Es un material de color plateado, de gran permeabilidad magnética, dúctil y maleable.
Admite la forja, por lo que también se le denomina hierro forjado. Puede obtenerse por procedimientos electrolíticos, a partir de baños de sulfato y cloruro de hierro. El material que resulta se emplea para conducción eléctrica por su baja resistividad. Sin embargo, resulta muy poroso, se oxida con gran facilidad y presenta con frecuencia grietas internas que lo hacen poco útil para otras aplicaciones industriales.
Fundiciones
El arrabio o fundición de primera fusión cuando solidifica resulta un material muy duro, pero su contenido en carbono y otras impurezas hace que sea frágil y quebradizo y que no admita la forja ni la soldadura. En estas condiciones no puede utilizarse para fabricar piezas que vayan a estar sometidas a esfuerzos.
Según las impurezas que contiene, se distinguen la fundición gris y la fundición blanca, nombre que reciben por el aspecto que presenta su superficie de fractura.
La fundición gris se obtiene cuando el contenido de silicio es elevado. El carbono cristaliza entonces en forma de grafito y sólo puede emplearse para piezas moldeadas.
La fundición blanca se obtiene cuando el contenido de manganeso es elevado. En estas condiciones, el carbono se combina con el hierro formando carburo de hierro y se utiliza como una de las materias primas para la obtención del acero.
2.1.1 Acero
Como hemos visto, la proporción de carbono en el arrabio extraído del alto horno se encuentra en el intervalo correspondiente a las fundiciones, por lo que tenemos un producto ferroso
intermedio, duro y frágil, que transformación posterior para su
Se hace necesario, pues, que es un material que sigue impactos.
Normalmente se trasla torpedos hasta la planta de obten
El acero se obtiene eléctricos en los que se realiza algunos casos, y un fundente,
En el convertidor se carbono, reduciéndose este a un
Los productos finales so
Acero líquido, qu procesos siderúr función de las n desulfuración, des adecuados a los
Escoria, que se r
e no puede ser extendido en hilos ni en lám su utilización industrial.
s, reducir el contenido en carbono del arrabio p siendo duro, pero más elástico, dúctil, malea
aslada, en estado líquido, en unos contenedo nción del acero.
e en unos recipientes llamados convertidor a un proceso de fusión, en los que se añade sílice (SiO2) o caliza (CaCO3).
añade oxígeno al arrabio líquido para que com n valor inferior al 2%. Este proceso recibe el nomb
convertidor
on:
que será transportado por medio de otra cuchara rgicos. En determinadas ocasiones el acero necesita necesidades de uso, por lo que necesitará se
esgasificación,… La colada de acero líquido se perfiles comerciales que se necesiten.
recicla para otros fines, especialmente la construc
19 minas y que precisa una
para convertirlo en acero;
able y capaz de soportar
ores especiales llamados
res o bien en hornos e el arrabio, chatarra en
combustione el exceso de bre de afino.
ara para ser sometido a ecesita ser tratado en
er sometido a procesos de e enfriará en unos moldes
cción.
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Gases, Especialmente monóxido de carbono y dióxido de carbono, resultantes de la combustión de carbono.
En el convertidor también se lleva a cabo la aleación del acero con otros metales (Ni, Cr, Mo, etc.) para obtener aceros aleados que mejoran las propiedades del metal original.
Se puede obtener una producción por hornada: Entre 100 y 300 toneladas, dependiendo del tipo de convertidor.
Una vez que se ha extraído el acero líquido del convertidor, se vierte en moldes con la forma de la pieza que se quiere obtener, posteriormente se deja solidificar y luego se extrae la pieza. A este proceso se le llama colada.
El proceso de colada más empleado hoy en día es el de colada continua, cuyo objetivo es solidificar el acero en productos de sección constante.
Una vez obtenida la pieza de acero se somete a un proceso de laminación para darle la forma y características deseadas.
Detalle de laminación Productos de colada continua
A continuación se muestra una colada convencional, que produce lingotes y una colada continua, que produce directamente los desbastes a partir de los que se fabrican los distintos perfiles.
21 Como hemos visto, el acero se alea con otros materiales para mejorar sus propiedades. La tabla siguiente muestra las propiedades que adquieren los aceros según el material aleante:
Material aleante
Propiedades
Carbono Dureza
Resistencia Silicio Elasticidad
Aumenta la conductividad magnética Manganeso Dureza
Resistencia al desgaste Cromo
Dureza
Resistencia al calor y al rozamiento. Imprescindible para hacerlo inoxidable.
Níquel Aumenta la tenacidad
Resistencia a la tracción y la corrosión Molibdeno Dureza
Resistencia al desgaste mecánico en caliente
Vanadio Dureza
Resistencia al desgaste mecánico en caliente Volframio Tenacidad
Resistencia al calor y a la corrosión
Aceros comerciales
La gran variedad de productos que reciben genéricamente el nombre de aceros, ha obligado a clasificarlos según su composición, características técnicas y aplicaciones.
22 Aceros al carbono: Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre.
Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas.
Aceros aleados: Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros de aleación se pueden clasificar a su vez en :
Estructurales. Son aquellos aceros que se emplean para diversas partes de máquinas, tales como engranajes, ejes y palancas. También se utilizan en las estructuras de edificios, construcción de chasis de automóviles, puentes y barcos. El contenido de la aleación varía desde 0,25% a un 6%.
Para herramientas. Aceros de alta calidad que se emplean en herramientas para cortar y modelar metales y no-metales; taladros, escariadores, fresas, terrajas y machos de roscar.
Especiales. Son los aceros inoxidables y aquellos con un contenido de cromo generalmente superior al 12%. Estos aceros de gran dureza y alta resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión, se emplean en turbinas de vapor, engranajes, ejes y rodamientos.
o Aceros de baja aleación ultrarresistentes: Esta familia es la más reciente de las cuatro grandes clases de acero.
Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros de baja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas que lo que sería necesario en caso de emplear acero al carbono.
Además, como los vagones de acero de baja aleación pesan menos, las cargas pueden ser más pesadas.
En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios.
o Aceros inoxidables: Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos.
Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos.
El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales.
23 También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales.
En cocinas y zonas de preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad.
Normativa
En España la norma UNE-36001 clasifica las aleaciones férricas según las denominadas series F.
A los aceros les corresponden las series F100 a F700, a las fundiciones la F800 y a otras aleaciones férricas la F900. Cada país tiene su propia norma para clasificar a los aceros, aunque todas ellas son más o menos equivalentes.
Por ejemplo:
- Aceros para construcción (F100)
- Aceros inoxidables y anticorrosión F300) Aceros inoxidables (F310)
2.2 NO FERROSOS
Aunque los metales ferrosos son los más utilizados, el resto de los metales (los no ferrosos) son cada día más imprescindibles.
Clasificación
Se pueden clasificar en tres grupos
Pesados: Son aquellos cuya densidad es igual o mayor a 5 gr/cm3. Se encuentran en este grupo el cobre, el estaño, el plomo, el cinc, el níquel, el cromo y el cobalto entre otros.
Ligeros: Tienen una densidad comprendida entre 2 y 5 gr/cm3. Los más utilizados son el aluminio y el titanio.
Ultraligeros: Su densidad es menor a 2 gr/cm3. Se encuentran en este grupo el berilio y el magnesio, aunque el primero de ellos raramente se encuentra en estado puro, sino como elemento de aleación.
Todos estos metales no ferrosos, es estado puro, son blandos y poseen una resistencia mecánica bastante reducida. Para mejorar sus propiedades, los metales puros suelen alearse con otros.
Veamos algunos de los metales más usados:
2.2.1 COBRE
Propiedades:
• Es uno de los metales no ferrosos de mayor utilización.
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• Tiene un color rojo-pardo.
• Su conductividad eléctrica es elevada
• Su conductividad térmica también es elevada.
• Es un metal bastante pesado, su densidad es 8.9gr/cm3.
• Resiste muy bien la corrosión y la oxidación (El aire seco y el agua pura no lo atacan a ninguna temperatura, a la intemperie se recubre de una capa de carbonato verdosa –cardenillo- que le protege de la oxidación posterior)
• Relativamente blando
• Es muy dúctil y maleable.
Obtención del cobre
Los minerales más utilizados para obtener cobre son sulfuros de cobre, especialmente la calcopirita. También existen minerales de óxido de cobre, destacando la malaquita y la cuprita.
Los minerales de cobre suelen ir acompañados también de hierro.
Existen dos métodos de obtención del cobre
- La vía húmeda: Se emplea solamente cuando el contenido de cobre en el mineral es muy reducido (entre un 3 - 10%). Consiste en triturar todo el mineral y añadirle ácido sulfúrico y aplicar a la mezcla el proceso de electrólisis (es decir, aplicar una corriente continua introduciendo dos electrodos en la mezcla).
- La vía seca: Se emplea solamente cuando el contenido de cobre supera el 10%. Se tritura y muele el mineral hasta reducirlo a polvo. Se separa por flotación el Cu de la ganga.
El mineral pasa a un horno (proceso de tostación) donde se elimina el azufre y se forman óxidos de hierro y Cu. El material se introduce en un horno (calcinación) donde los óxidos de Fe se combinan con la sílice y forman la escoria, mientras se produce la “mata blanca” (sulfuro de Cu). La mata se somete a un proceso de reducción, similar a los empleados en siderurgia y se obtiene Cu bruto (pureza del 40%), mezclado con algo de óxido de Cu. Por último, para obtener un cobre de alta pureza se somete el líquido a un proceso electrolítico. El cobre tendrá una pureza del 99,9%.
25 Aplicaciones del cobre
Su principal aplicación es como conductor eléctrico, pues su ductilidad le permite transformarlo en cables de cualquier diámetro.
Por su alta resistencia a la oxidación se emplea en instalaciones de tuberías y calderas en intercambiadores de calor.
Aleaciones del cobre Latones:
Cu con Zn
Menos resistente que el Cu
Soporta mejor el agua y el vapor
Uso en casquillos de ajuste de piezas mecánicas
Se añade Cu (moldeabilidad), Sn y Al (resistencia a la corrosión marina).
Pb (capacidad de mecanizado) para mejorar las propiedades.
Bronces
Cu con Sn (o cualquier otro metal menos el Zn)
• Alta resistencia mecánica
• Elevada resistencia a la corrosión Bronce de aluminio (cuproaluminio):
• 90% Cu – 10% Al.
• Mayor dureza y resistencia a la oxidación y corrosión.
• Uso en industria para equipos expuestos a líquidos corrosivos.
2.2.2 ALUMINIO
Propiedades:
• Es un metal muy ligero (Baja densidad: 2,75gr/cm3) y muy resistente a la oxidación.
26
• Es un buen conductor eléctrico y del calor.
• Es muy dúctil y maleable.
• Color plateado
• Muy blando
Obtención del aluminio
El mineral del que se extrae el aluminio es la bauxita. El método de extracción tiene dos fases;
se emplea un método llamado Bayer y después se combina con la electrólisis:
o Se tritura y muele el mineral hasta reducirlo a polvo.
o Se mezcla el polvo con sosa caústica, cal y agua caliente.
o La sosa disuelve la bauxita, separándose los residuos en el decantador.
o El material útil se llama alúmina, debe eliminarse todo el agua que posea y refrigerarse.
Hasta aquí el método Bayer.
Para obtener el aluminio, se disuelve la alúmina en una sustancia llamada criolita (fluoruro de aluminio y sodio Na3AlF6, disuelve fácilmente el óxido de aluminio Al2O3) a una temperatura de 1000 oC y se somete a un proceso de electrólisis que descompone el material en aluminio.
27 Aplicaciones:
• Se alea con otros metales (por ser muy blando – “aleaciones ligeras”) como Cu (“duraluminio” – construcción), Mg (industria aeronáutica y naval, automóviles y bicicletas), Si (construcción de motores), Ni y Co (“alnico” – imanes permanentes), Zn (aluminio duro y resistente a la corrosión)
• Por su baja densidad y conductividad relativamente alta, se emplea como sustituto del Cu en cables de gran longitud
• Por su resistencia a la corrosión se usa en utensilios de cocina, depósitos para bebidas, envolver alimentos,…
2.2.3 PLOMO
Propiedades:
• Color gris plateado
• Densidad elevada (11,4gr/cm3)
• Muy blando
• Baja conductividad térmica y eléctrica
• Flexible
• Maleable
Aplicaciones:
• Por la alta densidad es opaco a las radiaciones electromagnéticas, se usa como escudo protector en instalaciones de radiología y centrales nucleares.
• Recipientes que contengan ácidos (baterías y acumuladores eléctricos) por su resistencia a la corrosión.
• Nunca debe usarse para contener alimentos. Es un veneno mineral. El organismo humano es incapaz de eliminarlo. La intoxicación por Pb se llama saturnismo y provoca intensos dolores intestinales, cefaleas, alucinaciones e hipertensión arterial. Puede contraerse por vía respiratoria, digestiva y cutánea.
• Aditivo del vidrio para dureza y peso (lentes)
28
3. M M MATE M ATE ATE ATER R R RIA IA IA IAL L LE L E E ES S S PLÁSTICOS S PLÁSTICOS PLÁSTICOS PLÁSTICOS
Bajo el nombre de plásticos se engloba un variado grupo de materiales de origen orgánico cuya importancia crece día a día. Están constituidos por macromoléculas (moléculas gigantes) naturales o sintéticas de elevado peso molecular, cuyo principal componente es el carbono. Estas moléculas reciben el nombre de polímeros, de ahí que a los materiales plásticos se les conozca también por ese nombre.
Las moléculas de alto peso molecular que constituyen los materiales plásticos se construyen por la repetición sucesiva de unidades químicas pequeñas y simples, llamadas monómeros, que se unen mediante una reacción llamada polimerización.
Las moléculas que constituyen los polímeros se caracterizan por:
Ser muy grandes (elevada masa molecular)
Tener sus átomos unidos mediante enlaces covalentes
Tener una estructura repetitiva
Reacciones de polimerización
Como hemos dicho, los polímeros están constituidos por la repetición de una unidad simple llamada monómero, los cuales se unen mediante una reacción química de polimerización. Se forma así una macromolécula en forma de cadena cuyos eslabones son los monómeros.
El número de unidades simples que se repiten en una misma molécula se conoce como grado de polimerización (n).
Existen dos tipos fundamentales de polimerización, la polimerización por adición o poliadición y la polimerización por condensación o policondensación.
a) Poliadición: Consiste en la unión y repetición de un mismo monómero, de modo que la macromolécula final es múltiplo entero de la del monómero, no existiendo una liberación de subproductos.
Esquemáticamente podemos representarla así:
nA An
donde n es el grado de polimerización
Ejemplo: El monómero convierte en polietileno (se pro
n C
Entre los polímeros de ad
b) Policondensación: Los mon polimerización se produce este caso también existe como es el caso de
i. Poliamidas:
ii. Poliuretano iii. Poliurea:
iv. Poliésteres:
Propiamente hablando macromolécula resultante, se polímero, aunque sea elevada,
Entre los polím
3.1 Propiedades de los materiales plásticos.
Los polímeros (plásticos)
Bajo coste de producción
Alta relación resistenci mecánica notable. Se usan
Elevada resistencia al ata
Alta resistencia eléctrica,
Pequeña conductividad t
Combustibilidad, la may característico de cada tip
Plasticidad, muchos se moldeables. Permite la fa
o etileno es CH2 = CH2 el cual, bajo una reacció oduce la rotura de un doble enlace de la molécula
n CH2 CH2 - (CH2 - CH2 )n
dición, además del polietileno, se encuentran el PP
onómeros que van a formar el polímero son d ce el polímero y una pequeña molécula, genera
una cadena con un grupo característico que
: - CO – NH
o - O – CO – NH
- - NH – CO – NH – s: - CO- O –
o, esta reacción no es una polimerización, pu forman productos secundarios, de tal forma qu no es un múltiplo exacto de la masa molecular d meros de condensación se encuentran el nailon, po
de los materiales plásticos.
(plásticos) poseen las siguientes propiedades en común:
n
cia/densidad, es decir que aun siendo ligeros san junto a aleaciones metálicas para construir av ataque químico.
trica, lo que los hace excelentes aislantes eléctricos.
ad térmica, por lo tanto son buenos aislante térmico yoría arden con facilidad. El color de la llama y e
po de plástico.
e reblandecen con el calor y, sin llegar a fabricación de piezas complicadas
29 ón de poliadición, se a)
PP, PVC,…
diferentes además, en la ralmente H2O, NH3,… En se repite muchas veces,
puesto que además de la que la masa molecular del
del monómero.
oliuretanos y poliéster.
de los materiales plásticos.
poseen una resistencia viones
os.
el olor del humo suele ser a fundir, son fácilmente
30
Facilidad de procesado y versatilidad, su elevada plasticidad hace que las técnicas de fabricación sean sencillas; permite fabricar piezas según necesidades
Facilidad para combinarse con otros materiales, permiten crear materiales compuestos con mejores propiedades, como el poliéster reforzado con fibra de vidrio.
El principal inconveniente de los plásticos, es su bajo punto de fusión y reducida resistencia al calor, por lo que la mayoría no soporta altas temperaturas sin perder sus propiedades
3.2 Clasificación de los polímeros
Según su origen:
Naturales: Pueden encontrarse en la naturaleza, como el caucho. A partir de ellos se pueden fabricar otros polímeros de interés tecnológico.
Sintéticos: Obtenidos de productos derivados del petróleo.
Según su constitución:
Homopolímeros: El monómero que se repite a lo largo de la cadena siempre es el mismo.
Copolímeros: La unidad que se repite está formada por dos tipos distintos de monómeros.
Según su comportamiento frente al calor:
Termoplásticos
Termoestables
Elastómeros.
3.2.1 Termoplásticos
Estos polímeros están formados por moléculas que forman cadenas lineales.
Esta estructura interna hace que este tipo de plásticos tengan una determinadas propiedades. La más relevante es que a temperaturas relativamente bajas, los débiles enlaces intermoleculares se rompen, con lo cual el plástico se reblandece y puede fundirse. Esta característica le permite cambiarlo de forma infinitas veces (en teoría) y moldearlos, lo que permite recuperarlos para reciclarlos.
Si se funden y se molde manera que generalmente éstas
Este tipo de plásticos se en cuanto se calienta, se ablanda
Son de origen sintético La mayor parte de los po Ejemplos: Polietileno ( de alimentos...) PVC (Cortinas cables,...), nylon, poliestireno, me
3.2.2 Termoestables
Estos polímeros se d entrelazan entre sí formand tridimensional ordenada.
En este tipo de polímero se reblandece, por lo que no pu pueden reciclarse mediante carbonizándose.
Sufren un proceso de c proceso, las cadenas de polím resistente a las temperaturas, pe
Estos plásticos se podrían posibilidad de volver a moldearla.
Los termoestables son du La mayor parte de estos Ejemplos: Resinas de p pomos y mangos de utensilios de
ean varias veces, sus propiedades físicas cambian stas disminuyen.
podría asemejar con la cera que, a temperatura a y se puede moldear de nuevo.
olímeros de adición son termoplásticos.
(bolígrafos, botellas de productos de limpiez de baño, impermeables, platos, juguetes, tub metacrilato,…
es
diferencian de los anteriores en que las ca ndo una enorme estructura reticulada, es
os los enlaces intermoleculares son fuertes y al puede volverse a moldear otra vez por la acción d
calor. En todo caso el plástico se desco
curado cuando se les da forma aplicando presi meros se entrecruzan dando como resultado u
ero más frágil.
rían asemejar a la arcilla que, una vez moldead arla.
duros, aunque frágiles. Son de origen natural o sin polímeros se obtiene por policondensación.
poliéster, resinas fenólicas (material eléctrico e cocina), resinas de urea o de melanina,…
31 ian de forma gradual, de
ambiente, es sólida y que
za, envoltorios, envases uberías, recubrimiento de
cadenas moleculares se s decir, una estructura
calentarse, el plástico no del calor, por lo tanto, no ompone y se degrada,
sión o calor; durante este un plástico más rígido y
da y horneada, ya no hay
ntético.
o, piezas de maquinaria,
32
3.2.3 Elastómero
Este tercer tipo de plástico también se puede englobar dentro de los anteriores
Están formados por grandes moléculas unidas por enlaces fuertes formando una red que puede contraerse o estirarse cuando los materiales son comprimidos o estirados, incluso pueden deslizarse unas cadenas sobre otras. Su característica común es que son plásticos muy elásticos (de ahí su nombre). Ello permite grandes deformaciones sin roturas, recobrando su forma inicial.
No soportan bien el calor y se degradan a temperaturas medias, lo que hace que el reciclado por calor no sea posible. Un ejemplo el caucho natural
3.3 Aditivos
A nivel industrial, se considera propiamente plástico a aquel polímero al que se le ha añadido algún aditivo para mejorar alguna de las propiedades o características buscadas. Podemos encontrar
Colorantes: Dan el color al polímero
Pigmentos: Dan el color al polímero, pero lo vuelven opaco.
Plastificantes: Aumentan la resistencia al impacto.
Estabilizantes: Aumentan la estabilidad a la degradación de la luz.
3.4 Identificación de los polímeros más utilizados
TERMOPLÁSTICOS
Polietileno (PE): Es uno de los plásticos más utilizados. Hay dos variedades:
El polietileno de baja densidad (LDPE), cuya cadenas moleculares son muy ramificadas. Se emplea en láminas y bolsas, tubos de tinta en bolígrafos,...
El polietileno de alta densidad (HDPE), cuyas cadenas moleculares son poco ramificadas. Se emplea en envases, juguetes, aislamientos eléctricos, envases para productos de limpieza
El polietileno tiene textura sedosa, es flexible, tenaz y ligero.
Teflón (PETFE: Politetrafluoroetileno): Tiene la misma composición que el polietileno, pero con átomos de flúor, en lugar de hidrógeno. Tiene una gran estabilidad química, es muy resistente a los ataques químicos y resistente a temperaturas relativamente altas. Es un buen aislante eléctrico y es antiadherente.
33 Polipropileno (PP): Es tenaz, ligero y barato. Se puede doblar muchas veces sin romperse. Se usa en cubos, carpetas, carcasas de electrodomésticos, botellas, resistentes, cañitas para beber,…
Cloruro de polivinilo (PVC): Hay dos variedades, la flexible y la rígida. En la forma flexible se usa mucho para recubrir conductores eléctricos, mangueras de jardín,… y en la forma rígida, que tiene alta resistencia mecánica y dureza, su aplicación más conocida es en tuberías, canaletas, perfiles, marcos de puertas y ventanas, …
Poliestireno (PS): Es un plástico bastante frágil y ligero, pero muy resistente a los ataques químicos y a la humedad. Se usa para bandejas de comida, envases de yogurt, vasos y platos de plásticos,…
La variedad más conocida es el poliestireno expandido(EPS) o porexpan (corcho blanco). El cual es muy ligero y excelente aislante térmico. Muy empleado para embalaje de objetos frágiles.
Poliamidas (PA): El más conocido es el nylon. Plástico muy resistente a la tracción y tenaz. Se emplea para correas, engranajes, …
Polimetracrilato (PMMA): Conocido como metacrilato, es un plástico transparente que imita al vidrio, pero más tenaz, duro, rígido y transparente.
Policarbonato (PC): Son plásticos de gran resistencia mecánica, térmica y química. Gran resistencia al impacto. Se emplea para cascos, viseras, armazones, ventanas de aviones, CD`s,…
Polietilentereftalato (PET): Es transparente e impermeable a componentes gaseosos como el CO2 de las bebidas gaseosas, resistente a los ácidos y temperaturas extremas. Se usa para botellas de refrescos, envases para horno y congelador, cintas de video y audio, ropa de tergal,...
TERMOESTABLES
Fenoles: (PF: Baquelita) Excelente aislante eléctrico y térmico. Alta dureza y rigidez. Se encuentra en mangos de de utensilios de cocina, placas de circuitos impresos electrónicos, mecanismos, …
Aminas: (MF: Melamina) Muy resistentes al calor, la humedad y la luz. Se emplea para forrar tableros de madera principalmente, recubrimientos para papel,….
Resinas de poliéster: Es un plástico con alta resistencia mecánica. Se emplea para cascos de barcos, tejados, depósitos,paneles de coches, cañas de pescar, esquíes,…
Resinas Epoxi (EP): Buena resistencia mecánica y química, buenos aislantes eléctricos. Se usa en revestimientos de latas de alimentos, adhesivos,…
ELASTÓMEROS
Siliconas: Tienen como base el silicio. Son resistentes a los agentes químicos, la humedad, el calor, a la oxidación. Se utiliza para sellar juntas contra la humedad, prótesis, recubrimientos, …
34 Caucho: Se obtiene del árbol del caucho. Se mezcla con azufre para aumentar la dureza y su resistencia a la tracción y agentes químicos. Se emplea en neumáticos, juntas, suelas de zapatos,….
Neopreno: Es un caucho sintético incombustible. Se emplea para trajes de buceo, correas industriales,...
Poliuretano: Se emplea para colchones, asientos, prendas de vestir elásticas (lycra o elastán).
Pueden presentar la forma de espumas (es la famosa gomaespuma).
3.5 Métodos de conformado
Existen varias técnicas para dar forma a los plásticos. Algunas de las más comunes son:
• Extrusión
• Inyección
• Compresión
• Soplado
• Moldeado al vacío
• Calandrado (Laminado/Hilado)
3.5.1 EXTRUSIÓN: (termoplásticos)
Se utiliza para hacer perfiles, tubos, mangueras, marcos de ventanas,… Tienen que ser objetos de sección constante de manera que ambos extremos estén a la vez abiertos o cerrados, pero nunca uno abierto y el otro cerrado.
Se introducen los gránulos de plástico, en la tolva y se funden dentro de la extrusora gracias a unos calentadores. A continuación, un tornillo sin fin presiona el plástico contra la boquilla, haciendo pasar la masa de plástico fundido a través de ella. La forma de la boquilla determina el aspecto final. Se obtiene
una pieza
continua de gran longitud y poca sección que es enfriada mediante un chorro de aire o agua fría
35
3.5.2 INYECCIÓN: (termoestables)
Es una de las técnicas más utilizadas, ya que permite realizar formas complicadas con medidas muy diversas, como por ejemplo: vasos, platos, carcasas de móviles, cubos, engranajes de plásticos,…
El proceso es similar al de la extrusión. Se introducen los gránulos en la tolva de la extrusora, se funde gracias al calor suministrado por la resistencia situada en la parte externa del cilindro y el tornillo sin fin lo introduce a presión en el interior de un molde metálico donde fragua tomando la forma de éste. A continuación se enfría para que endurezca y luego se extrae el producto acabado del molde.
Inyectora
3.5.3 COMPRESIÓN: (termoestables)
Usado para piezas grandes pero no muy complicadas, como objetos huecos de gran tamaño y poco espesor, como salpicaderos de automóviles. También para piezas que deban soportar altas temperaturas, como mangos de sartenes, asas de calderos,… o piezas que deban ser aislantes eléctricos, como portalámparas, cajas de fusibles, o incluso pomos de puertas, pulseras,…
La pieza de plástico adquiere la forma cuando se aplica presión a una preforma de material plástico compactado. Para ello, colocamos el plástico en un molde de acero que se encuentra en una prensa hidráulica. Le aplicamos calor al plástico y a continuación le aplicamos presión con la prensa para que adquiera la forma del molde. El efecto de la presión y el calor une las partículas de plástico y produce un entrelazado de las cadenas del polímero. Esta es la reacción de curado, que permite formar un sólido uniforme, rígido y homogéneo. Después, la pieza es expulsada mecánicamente del molde.
36
Método de compresión
3.5.4 SOPLADO: (termoplásticos)
Se utiliza para realizar todo tipo de envases y objetos huecos, como botellas de agua, detergente, …
En primer lugar, se crea una preforma (objeto con forma de tubo) mediante extrusión. A continuación, se introduce la preforma en un molde abierto en dos partes. Al unir éstas partes, se insufla aire caliente en su interior hasta que se adapta a la forma de las paredes. El plástico se endurece al contacto con las paredes, se abre el molde y se extrae la pieza.
Método de soplado
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3.5.5 VACÍO:
Se usa para fabricar objetos con paredes muy finas como vasos, platos, envases para alimentos, máscaras, mapas en relieve, juguetes,…
Se coloca una lámina de plástico sobre el molde del objeto que se quiere fabricar. A continuación, se calienta la lámina usando unas resistencias eléctricas hasta que ésta se reblandece. Se ponen en contacto el molde y la lámina caliente y se extrae el aire que hay entre ellas para que el plástico se adapte a las paredes del molde.
3.5.6 CALANDRADO:
Este método se utiliza para fabricar placas de PVC, láminas para invernaderos, carpetas, manteles, fibras textiles,…
Se introduce el plástico fundido procedente de una tolva en el interior de la calandra, y se hace pasar éste entre unos rodillos que, poco a poco, le dan forma de lámina disminuyendo el grosor en función del número de veces que pase entre los rodillos.
38 También existen otros métodos, algunos variación de los mencionados hasta ahora, como rotacional (objetos de gran tamaño y huecos, como contenedores), inmersión (guantes, gorros de natación o recubrimientos de mangos de herramienta), espumación (se introduce aire en el plástico en forma de burbujas y luego se usan otros métodos como inyección,…).
39
4. FFFFIB IB IB IBR R RA R A A AS S S T S T TE T E E EX X X XT T T TIIIILES LES LES LES
Las fibras textiles son unidades de materia cuya longitud es muy superior a su diámetro y se emplean para fabricar tejidos.
Varias fibras textiles constituyen el hilo, los cuales forman el tejido.
Clasificación Según su longitud:
Discontinuas: Su longitud es limitada. Las fibras naturales (salvo la seda) pertenecen a este grupo.
Filamentosas: Su longitud es prácticamente ilimitada, depende de las condiciones de fabricación. Las fibras no naturales pertenecen a este grupo.
Según su naturaleza:
NATURALES
Minerales Amianto
Metálicas (oro, plata, cobre) Vegetales
De semillas: Algodón.
Del tallo: lino, yute, cáñamo.
De la hoja: esparto, pita.
Del fruto: coco Animales
Del pelo: lana, mohair, cachemira, alpaca
Del filamento: seda, tussur De la piel: cuero
QUÍMICAS
Artificiales
Celulósicas Rayones (seda artificial)
Proteínicas De la caseína de la leche: lanitel De maíz: vícara.
Algínicas (algas marinas) Rayón alginato
Sintéticas
Minerales Fibra de vidrio De poliadición
Polivinílicas Polietilénicas Polipropilénicas Poliuretano De Policondensación Poliamidas (nylon)
Poliésteres
Características que deben analizarse en las fibras textiles:
• Textura: Es decir, aspecto y sensación al tacto. Esta propiedad está determinada por la estructura microscópica de las fibras, especialmente la forma.
• Resistencia mecánica: Especialmente la resistencia a la tracción y por ende a la rotura.
• Propiedades eléctricas: Las fibras textiles son buenas aislantes.
• Resistencia a la humedad: Llamada reprise. El agua tiende a hinchar las fibras, especialmente aquellas de origen vegetal.
