En aquesta unitat... • Coneixeràs les
característiques bàsiques dels metalls.
• Valoraràs la importància dels metalls en la nostra vida pel gran nombre d’aplicacions que tenen.
• Coneixeràs les diferents formes d’obtenció i fabricació d’objectes metàl·lics.
• Valoraràs el reciclatge de metalls com una necessitat per reduir l’impacte sobre el medi ambient.
PLA DE TREBALL
1
Metalls
L’alumini el va obtenir per primer cop l’any 1825 Oersted, però era un metall molt car a causa de la dificultat d’aconseguir-lo. Gràcies a la tecnologia, l’obtenció ja és molt més fàcil i ara és un metall gairebé imprescindible en la nostra vida. Fes una ullada al teu voltant. Quins objectes estan fabricats amb
1.
Els metalls tenen unes propietats característiques que permeten treballar-hi de forma molt diferent de com es treballa amb altres materials.Hi ha moltes preguntes que podràs contestar després d’estudiar aquesta unitat. Per exemple,
quines propietats tenen els metalls que els diferencien dels altres tipus de materials? Quins
usos industrials o quines aplicacions tècniques té l’or? Els metalls es troben en estat pur en la
natura? Com es fabriquen els objectes metàl·lics?
Per començar, observa i respon
L’acer és tenaç. L’enclusa sobre la qual es donen cops a la ferradura està feta d’acer. Què significa que un
metall és tenaç? Acer Llautó Coure Alumini Zinc Estany
ACTIVITAT: com es treballa amb els metalls
1
2.
Els metalls són plàstics, això vol dir que es deformen plàsticament quan se’ls aplica una força. De segur que deus haver sentit dir moltes vegades que els metalls són dúctils i mal·leables, oi?Dúctils씮 es poden estirar en fils. Mal·leables 씮 es poden formar làmines.
Coneixes cap metall que trobem en la vida quotidiana que formi fils? I que formi làmines?
Materials metàl·lics
Hi ha molts tipus de metalls que s’utilitzen per fabricar objectes diferents, però tots tenen unes propietats comunes:
• Bons conductors de la calor. • Bons conductors de l’electricitat.
• Resistents perquè suporten molt bé les forces de compressió, tracció o flexió.
• Tenaços perquè aguanten els cops sense trencar-se. A més, en general, també:
1
Classificació dels metalls segons l’ús
D’entre tots els metalls, en sobresurten el ferro i els seus aliatges per-què suposen el 90 % de la producció mundial de metalls. Això és con-seqüència dels avantatges que té el ferro per a la indústria: és abundant, és barat i millora les propietats en formar aliatges. Per aquest motiu classificarem els metalls en:
• Metalls fèrrics: corresponen al grup d’aliatges el component princi-pal dels quals és el ferro.
• Metalls no fèrrics: són els metalls purs i els aliatges de metalls que
Són dúctils i mal·leables perquè tenen una gran plasticitat. En la fotografia, làmines d’alumini.
Són sòlids a temperatura ambient; tots excepte el mercuri.
Són relativament econòmics, sobretot l’acer.
Alguns són magnètics perquè són atrets pels imants, com és el cas del ferro.
La temperatura de fusió de la majoria dels metalls és molt alta. Fosa d’or. Són pesats. La densitat és molt elevada
comparada amb altres materials. Per exemple, el plom.
La majoria dels metalls no s’utilitzen en estat pur sinó en aliatges; és a dir, formant una mescla homogènia amb altres metalls o no metalls, obtinguda a partir de la fusió de tots dos.
Acers
0,1 % <C <2 %
• Són dúctils i mal·leables. • S’oxiden (reaccionen amb
l’oxigen) amb facilitat. • Es poden forjar; amb això
augmenten la seva resistència mecànica. • Bona soldadura. • Incrementen la duresa en augmentar el contingut en carboni. • Són tenaços.
• Vehicles automòbils, vehicles ferroviaris, perfils.
• Xapes, filferros i eines de tall.
• Es modelen en estat sòlid en fred o en calent. • Els acers amb menys
contingut en carboni
s’anomenen suaus perquè són més tous i fàcils de modelar. • Si s’hi afegeix un 12 % de
crom, s’obtenen els acers inoxidables (per fabricar instrumental quirúrgic, vagons cisternes).
Foses 2 % <C <5 %
• Menys dúctils i menys tenaces que els acers però més dures (el carboni aporta duresa però n’augmenta la fragilitat). • Es fonen fàcilment, a més
baixa temperatura que els acers i el ferro pur; d’aquí ve el nom (400 ºC menys).
• Mala soldadura.
• Blocs de motors. • Cilindres de laminació.
• Es poden fabricar peces complicades fent servir motlles, perquè en estat líquid són molt fluides i es contrauen poc en refredar-se.
• Si s’afegeix magnesi a l’aliatge s’obtenen foses mal·leables.
Metalls fèrrics
El ferro pur té molt poques aplicacions tècniques perquè les propietats són molt deficients.
El carboni és un no-metall que en petita proporció i mesclat íntima-ment amb el ferro en millora notableíntima-ment les qualitats. Segons la quantitat de carboni que s’afegeix al ferro, podem distingir ferro dolç, acers i foses.
Els metalls fèrrics són el ferro i els seus aliatges.
2
Aliatge Propietats Aplicacions Observacions
Ferro dolç C <0,1 %
• Es considera com a ferro pur; és de color platejat.
• S’oxida (reacciona amb l’oxigen) amb facilitat i s’esquerda internament.
• S’utilitza per a aplicacions elèctriques perquè condueix molt bé l’electricitat. • Nuclis d’electroimants.
• Tou, perquè el contingut en carboni és molt petit.
El forjat
La forja és una tècnica que con-sisteix a modelar els metalls per mitjà de cops repetits. Aquesta tècnica es pot realitzar en fred (or i plata) o en calent (ferro i acer). 917000 _ 0006-0027.qxd 4/3/08 20:54 Página 9
Metalls no fèrrics
Metalls no fèrrics. Purs
Els metalls no fèrrics més importants en la indústria són el coure, l’es-tany, el zinc, l’alumini, el magnesi i el titani.
3
Metall pur Propietats Aplicacions Observacions
Coure • Color vermell. • Excel·lent conductor
elèctric i tèrmic. • Resistent a la corrosió. • Se solda amb facilitat. • Molt dúctil i mal·leable.
• Conductors elèctrics i tèrmics.
• Filferros, varetes, planxes metàl·liques i llistons de metall.
• Per la conductivitat tèrmica, s’utilitza en calderes i intercanviadors de calor. • Per la conductivitat elèctrica,
s’utilitza per fabricar cables elèctrics.
Estany • Color blanc blavós brillant. • Tou.
• Inoxidable.
• S’utilitza bàsicament en la soldadura de components elèctrics i electrònics perquè té un punt de fusió baix, i en la unió per soldadura
de tubs de calefacció i aigua.
• Component del llautó (làmines fines d’acer amb una capa d’estany).
Zinc • Color blanc.
• Molt resistent a la corrosió i a l’oxidació.
• Recobriments de teulades, canalons i tubs.
• Forma part de la composició de les pintures metal·litzades.
Alumini • Color blanc brillant. • És lleuger, bona resistència
a la corrosió. No és tòxic, per la qual cosa s’utilitza en envasos.
• Barat i tou.
• L’alumini és tou, però quan es forja duplica la resistència mecànica.
Magnesi • Molt lleuger. • Té un preu elevat. • En estat líquid o fos
reacciona violentament amb l’oxigen.
• Aplicacions aeroespacials perquè és un metall molt lleuger, però s’alia amb d’altres per augmentar-ne la resistència mecànica. • Ús en pirotècnia
i en explosius.
• El magnesi aliat amb zinc dóna productes de resistència elevada.
Titani • Molt car.
• Resistent a la corrosió. • Molt bona resistència
mecànica (superior a l’acer). • És biocompatible (és a dir,
es pot utilitzar com a pròtesis mèdiques). • Implants biomèdics. • Motor turboreactor. • Estructures d’aeronaus.
• Al titani se li afegeix alumini per formar un aliatge més barat que el titani pur, que és un metall molt car. • Envasat d’aliments. • Cables de línies elèctriques d’alta tensió. • Fusteria. • Llaunes de begudes. 917000 _ 0006-0027.qxd 4/3/08 20:54 Página 10
18 kg 70 kg 18 kg 5 kg 3 kg 10 kg 18 kg 70 kg
Aliatges Propietats Aplicacions
Llautó (coure i zinc) 5 -40 % Zn
• De color groc i molt dúctil i mal·leable.
• Té el doble de resistència a la tracció que els metalls purs de què està constituït (53 kg/mm2 ). • Radiadors, panys, frontisses, accessoris de lampisteria. Bronze (coure i estany) 10 % Sn
• Color groc fosc.
• Més resistent a la tracció que els llautons. • Resistent a la corrosió.
• Quan està fos és molt fluid, per la qual cosa és fàcil de vessar en un motlle (colar).
• Engranatges, coixinets, segments del pistó, bombes de propulsió. • Estàtues i monuments.
Metalls no fèrrics. Aliatges
Comparativa de les propietats dels metalls més usuals
Alumini, coure i magnesi 94 % Al
4 % Cu 2 % Mg
• Més resistent als esforços que l’alumini pur.
• Estructures d’avions, laminat metàl·lic i llandes de camions i autobusos.
Titani i alumini 94 % Ti
9 % Al
• L’alumini abarateix els objectes fets amb titani. • Components estructurals d’avions. • Turbines d’avions. Magnesi i alumini 91 % Mg 9 % Al
• L’alumini millora notablement les propietats mecàniques del magnesi.
• Llandes de cotxes. • Motors i cobertes d’automòbils. Resistència a tracció Cada fil de metall té una secció d’1 mm2 i suporta sense trencar-se: Massa Un lingot d’1 dm3té una massa de:
7,6 kg Temperatura de fusió 1100 °C 7,8 kg 1500 °C 8,8 kg 1083 °C 7,3 kg 231 °C 7,4 kg 419 °C 2,7 kg 660 °C 1,7 kg 650 °C 4,5 kg 1800 °C
Fosa Acer Coure Estany Zinc Alumini Magnesi Titani
Subjectar i doblegar
Les eines per subjectar són iguals que les utilitzades en fusteria: el gat i el cargol de taula. Per donar forma als metalls és molt útil el mall tou. Les alicates universals serveixen per subjectar peces petites i també les podem utilitzar per donar forma a filferros.
Treball amb metalls al taller
Mesurar i marcar
És molt important mesurar i marcar amb precisió la peça que es vol tallar en un metall. Fer bé aquestes operacions és la garantia per obtenir un bon resultat.
Per mesurar es fa servir el regle metàl·lic d’acer.
Per a aquesta operació es pot utilitzar un llapis de color molt tou, un retolador, una punta de traçar o una bigotera.
4
Per doblegar una planxa metàl·lica, cal subjectar-la amb dos llistons de fusta al banc perquè les mordasses del cargol no deixin empremtes al metall.
Les alicates són una eina d’ús general. Tenen pinces dentades que eviten que s’escapin els objectes, una secció corba per Mall tou
Regle d’acer
La punta de traçar és d’acer temperat per marcar amb més precisió sobre el metall.
Amb el mall es va colpejant suaument la planxa seguint la línia de doblatge i eliminant La bigotera és semblant a un compàs però amb les dues puntes d’acer i amb una rosca que ajusta la distància de separació dels extrems.
També podem traçar línies paral·leles a la vora d’una planxa fent lliscar una de les puntes i marcant amb l’altra. Utilitzarem la bigotera per marcar cercles. Usarem la punta de traçar per assenyalar-ne prèviament el centre. 917000 _ 0006-0027.qxd 4/3/08 20:54 Página 12
Tallar Per tallar:
Planxes fines de metall, s’utilitzen les tisores de metall.
Tubs o barres, i planxes més gruixudes, s’utilitza la serra per a metalls. Filferros fins, habitualment s’utilitzen les alicates.
Per tallar una xapa fina de metall amb la serra, subjecta-la entre dues xapes de fusta contraplacada i talla-les totes tres alhora. És important col·locar la línia de tall al més a prop possible de la mandíbula del cargol de banc.
Per a metalls tous, com ara l’alumini, s’utilitza una serra gruixuda (de dents grans). Per a metalls durs, s’utilitzen serres fines (de dents petites).
Les tisores per a metall serveixen per fer talls corbs o rectes en xapes metàl·liques.
Si les tisores no tallen bé, esmola les fulles amb una llima fina i ajudant-te del cargol de taula. Quan tallis una xapa, deixa
que el metall es doblegui per sota la làmina i no tanquis les fulles de les tisores completament per no mossegar el tall.
Si la planxa metàl·lica és molt gruixuda, pots subjectar un mànec de les tisores
al cargol de banc i amb l’altre mànec hi apliques força.
Quan es talla un tub, es va girant la peça en direcció oposada a la direcció en què estem tallant.
Les serres per tallar
metalls tenen un arc
metàl·lic i un mànec. La fulla de tall és canviable i s’ajusta amb una femella
d’orelles a l’arc.
ACTIVITATS
1. ● Quines operacions es duen a terme i quines eines es fan servir per tallar un cercle de 4 cm de diàmetre en una xapa de coure?
2. ● ● Imagina’t que construeixes un marc per a fotos a partir d’una xapa d’estany de 20 x 20 cm. Indica les operacions que faries i les eines que utilitzaries. Dibuixa el teu portafotos i assenyala la mida que tindria.
SEGURETAT
Les vores de les planxes de metall són molt tallants, per la qual cosa és molt
important, quan facis servir aquesta
eina, utilitzar guants per protegir les mans.
Femella d’orelles per tensar.
Foradar
Per fer trepants s’utilitza el trepant amb broques especials per a metall.
Amb el fregall metàl·lic de fils d’acer fins es frega enèrgicament sobre el metall per eliminar rascades i restes d’òxids. Es pot mullar en aiguarràs per lubricar i que la neteja
És important foradar a baixa velocitat, amb la broca lubricada i a ritme constant. La broca espiral té una punta en angle.
Per foradar, primer has de marcar el centre del forat amb una punta de traçar i col·locar-hi la broca al damunt.
La planxa metàl·lica es col·loca damunt una fusta i es colpeja el cisell amb un martell fins a travessar el metall.
Protegeix la peça metàl·lica amb fusta o cartó, subjecta la llima pel mànec amb una mà i recolza l’altra mà a l’extrem. Realitza moviments suaus cap endavant
Desbastar i polir
Després de tallar un metall queden vores esmolades que se suavitzen amb la llimada. Per llimar metall serveixen les llimes utilitzades en fus-teria i la forma de treballar seria exactament la mateixa.
Però abans d’aplicar qualsevol acabat a un metall cal netejar-lo i elimi-nar el metall oxidat o corroït; és a dir, cal polir-lo.
El cisell és un punxó tallant que s’utilitza per fer forats a les xapes metàl·liques.
El fregall de filferro serveix per netejar el metall oxidat.
SEGURETAT
Quan facis servir el trepant elèctric per foradar metalls, has de…
• Fer servir ulleres protectores
perquè els fragments o llimadures de metall són molt tallants i poden saltar als ulls.
• Canviar la broca amb la màquina
desendollada.
• Comprovar que estàs utilitzant
la broca adequada per a metall.
• Subjectar bé la peça.
• No dur el cabell llarg solt
o objectes que es puguin enganxar amb la màquina i provocar un accident.
SEGURETAT
Quan utilitzis les eines per escatar i polir metalls, has d’usar ulleres per protegir els ulls de les partícules despreses de metall.
Acabar
Finalment, s’aplica un acabat que protegeixi el metall de la corrosió o que li aporti bellesa. Els metalls que no s’oxiden es poden polir fi-nament fins que llueixin la brillantor metàl·lica característica, ren-tar-los amb aigua i sabó, i posteriorment aplicar-los un vernís o una laca amb un pinzell molt suau.
Per a metalls fàcilment oxidables cal preparar la superfície, aplicar una ba-se de pintura antioxidant (pintura de mini) i després la pintura definitiva. Quan s’utilitzen metalls per fabricar envasos, l’interior se sol protegir del producte envasat amb resines plàstiques o amb una capa d’estany si és acer (galvanitzat).
Bufador de gas
Unir
La unió entre peces metàl·liques pot ser de diverses formes:
• Soldadura: s’utilitza un metall fos que quan se solidifica uneix les peces de forma definitiva.
• Unions roscades: amb cargol i rosques de diferents formes i mida.
• Rebladures: unió fixa mitjançant claus especials que es piquen i segellen la unió.
Rebladora
Soldador de punta plana Vareta de metall de soldadura
Clau plana
Les xapes metàl·liques se superposen, es trepanen i s’introdueix per un costat el cargol i per l’altre la volandera i la
rosca.
La unió s’estreny amb una clau plana, d’estrella o anglesa.
Per soldar tubs o superfícies molt àmplies s’utilitza el bufador de gas.
Les xapes que s’han d’unir es foraden prèviament. S’introdueix el cap del rebló en la rebladora i per l’orifici el clau bret. S’estreny contra el metall i es deixa anar.
Hi ha pintures que a més de protegir el metall permeten donar un bon acabat sense necessitat d’utilitzar pintura antioxidant. Per unir dues xapes d’acer
es netegen bé les superfícies que s’han de soldar, es col·loca el cordó de metall de soldadura i se segueix amb la punta del soldador. El metall de soldadura es fon i flueix a través de la unió fixant-la quan solidifica.
Treball amb metalls en la indústria
Per obtenir la majoria de productes metàl·lics industrials es fan dife-rents operacions, com ara:
• Embotició: a partir d’una planxa metàl·lica superposada en una matriu que és deformada per l’acció d’un punxó que aplica gran pressió. Amb aquest sistema es fabriquen la carrosseria dels auto-mòbils i les llaunes de begudes.
• Encunyació: consisteix en el tall amb precisió d’una xapa metàl·li-ca amb un punxó de vores tallants mogut per una premsa. Amb aquest sistema es fabriquen volanderes i peces perforades.
• Soldadura punt a punt: s’uneixen planxes metàl·liques fent un cordó de punts soldats al llarg de la zona d’unió. En la indústria de vehicles hi ha braços robot que fan aquesta operació amb total precisió.
5
Fresatge i tornejament:
a partir d’una peça massissa i amb un utillatge tallant s’elimina l’excés de material arrencant-lo de forma que s’esculpeix la peça definitiva. En la indústria, les màquines de tornejament i fresatge estan programades perquè arrenquin la ferritja de metall de forma automàtica. Amb aquest sistema es fabriquen eixos, engranatges i, en general,
Trepant: per fer forats en
perfils metàl·lics s’utilitza el trepant vertical. El perfil se subjecta amb guies i topalls perquè no es mogui durant el procés i el trepant es mou verticalment accionant-lo amb una palanca.
Trossejament: consisteix a tallar perfils metàl·lics. Es fa
servir una serra de disc circular que es controla amb una palanca, anomenada trossejadora.
Fabricació assistida per ordinador: l’ordinador
s’integra en el procés de fabricació. El procés s’automatitza i es programa augmentant la precisió i el rendiment del treball. L’operari introdueix les instruccions a la màquina i comprova que realitza
Obtenció dels metalls
La majoria dels metalls no es troben purs en la natura, per la qual cosa és necessari extreure’ls dels minerals que els contenen, en què està for-mant un compost químic (normalment òxids). Hi ha dues formes bàsi-ques de fer-ho, en tots dos casos es produeix una reacció química: • Al forn: a altes temperatures.
• Per electròlisi: se separa el metall per mitjà d’un corrent elèctric.
Obtenció de la fosa i l’acer mitjançant altes temperatures
Ja hem vist que la diferència entre acer i fosa és la quantitat de carboni; l’acer conté menys carboni que la fosa, però tots dos són metalls fèrrics.
6
Les matèries primeres per fabricar els metalls fèrrics són: mineral de ferro, carbó i pedra calcària. Aquests minerals són triturats i abocats per capes a l’alt forn a través de la boca superior.
En el forn convertidor l’oxigen crema part del carboni de la fosa i el ferro es converteix en acer. Tubs de fosa Carbó Ferro Calcària Cullera amb fosa Boca superior Llança Ferro fos
L’alt forn pot tenir una alçària de fins a 70 m. A l’interior es produeix la fusió del mineral de ferro a causa de la combustió del carbó. El ferro líquid es queda al fons (és més dens), es treu i es vessa en recipients cilíndrics. El líquid té la composició de fosa.
L’afinament consisteix a reduir el contingut de carboni de la fosa.
El ferro fos es vessa amb cullera en un forn convertidor que té
una llança per on s’hi introdueix oxigen. El ferro de primera fosa es
transporta en recipients cilíndrics fins al lloc on s’afina. Aleshores s’aboca en una cullera.
Obtenció del coure, alumini, magnesi, titani i zinc en cel·la electroquímica
Una cel·la electroquímica és un recipient que conté un líquid que condueix l’electricitat i uns borns que es connecten a un voltatge determinat. La circulació de corrent a través del líquid en produeix la descomposició química.
L’alumini és l’element metàl·lic més abundant de l’escorça terrestre i sempre es troba combinat amb altres elements. Industrialment s’obté de l’electròlisi de l’òxid d’alumini. A continuació, veurem aquest procés de forma més detallada.
Cel·la electroquímica
Un cop fred el motlle, els lingots d’alumini s’amunteguen perquè es puguin utititzar. Lingots d’alumini. Esquema de cel·la electroquímica.
Per la cel·la electroquímica hi circula una gran quantitat de corrent elèctric (100.000 A), la qual cosa provoca que s’assoleixin altes temperatures (1.000 ºC), necessàries per al procés.
Born (⫹) Born (⫺) Costa sòlida d’electròlit i òxid d’alumini. Recobriment de carbó que condueix el corrent a les barres d’acer.
Bloc d’ànode que distribueix el corrent elèctric a través del líquid conductor o electròlit.
L’electròlit està a 1.000 ºC, és una sal d’alumini pur. El pas del corrent descompon l’òxid, i l’alumini obtingut es diposita al fons de la cubeta.
L’alumini està fos a causa de l’elevada temperatura i es recull cada cert temps. Barra del
càtode (⫺).
Barra de l’ànode (⫹).
Barres d’acer que condueixen el corrent al càtode (⫺).
Emmotllament i conformació de metalls
En l’emmotllament es vessa el metall fos dins un motlle i es deixa refredar. I en el conformat, a més, s’aplica pressió amb elements mòbils, com ara corrons de laminació o premses hidràuliques.
La fosa obtinguda directament d’un alt forn se solidifica en motlles.
Les planxes metàl·liques es poden doblegar i corbar mitjançant embotició. El metall fos es vessa dins
un motlle de sorra o acer.
En refredar-se, el metall solidifica dins el motlle amb la forma desitjada. Les foses es poden modelar perquè són molt fluides.
D’aquesta manera es fabriquen els blocs dels motors.
Els metalls es poden conformar com a planxes o perfils massissos o buits, que s’anomenen productes semiacabats i se subministren a indústries com ara l’automobilística, on els donen la forma definitiva. Una bateria de corrons conté
el metall fos el gruix del qual disminueix a mesura que avança la làmina.
Producte acabat. En aquest cas,
la part lateral d’un automòbil.
Laminat: el metall fos surt de la cullera
i es refreda entre corrons de laminació.
1 3 3 4 5 7 8
Totxos d’alumini procedents de reciclatge.
6 1 0
9
6 Cigonyal: acer forjat.
7 Caragolam: titani.
8 Càrter, esquelet del volant i travesser del davantal: magnesi.
9 Cablejat: coure.
1Carrosseria: acer.
2Bloc motor: fosa.
3Caixa de canvis: fosa.
4Llandes: alumini o d’aliatge magnesi-alumini.
Impacte mediambiental
L’ ús de materials metàl·lics perjudica el medi ambient pel que fa a: • Extracció de minerals: els minerals s’extreuen de mines i de
pe-dreres. Les pedreres i les mines a cel obert mouen una gran quanti-tat de terres, generen grans quantiquanti-tats de pols i una agressió radical al paisatge.
• Indústria metal·lúrgica: el procés d’obtenció de metalls purs sol ser molt contaminant. Els forns de les indústries metal·lúrgiques eme-ten gran quantitat de gasos, tot i que són tractats abans que s’emetin a l’atmosfera. Els processos electroquímics consumeixen quantitats molt elevades d’electricitat i van acompanyats de tractaments químics que generen llots residuals molt tòxics i perjudicials per a la flora i la fauna.
• Deixalles: en la nostra societat de consum es generen grans quanti-tats de residus metàl·lics: els envasos, els vehicles vells, maquinària, vaixells, avions, etc.
El reciclatge es presenta com una alternativa per reduir l’impacte am-biental, perquè els metalls es poden fondre i conformar infinites vega-des. Per això cal:
• Recollir: es retiren els productes metàl·lics inservibles i es recupera el metall que contenen.
• Reutilitzar: el material recuperat es classifica en els diferents metalls i els seus aliatges i es prepara en bales compactades, en llistons, ence-nalls o blocs per tornar-los a utilitzar en la indústria que ho demani. Amb això aconseguim reduir l’extracció de matèria primera de la natura. Com a exemple, el 70% dels materials d’un cotxe són metàl·lics. Vegem els metalls que té:
7
2
Vocabulari de la unitat
• Acer: aliatge de ferro i carboni en proporcions inferiors al 2 % que es caracteritza perquè és dúctil i mal·leable. • Afinament: procés d’obtenció de l’acer a partir de la
pri-mera fosa obtinguda de l’alt forn.
• Aliatge: mescla íntima de dos metalls o d’un metall i un no-metall que s’obté per fusió de tots dos materials. • Colar: vessar un metall fos dins un motlle perquè se
so-lidifiqui a l’interior amb una forma determinada.
• Conformar: donar forma al metall aplicant-hi pressió i calor.
• Electròlisi: reacció química provocada per la circula-ció d’un corrent elèctric a través d’una substància. • Embotir: deformar de manera plàstica metalls gràcies al
fet que es corba o doblega una planxa metàl·lica interpo-sada entre un punxó i una matriu.
• Encunyar: efectuar una operació de tall en el qual d’un cop sec es perfora una planxa metàl·lica.
• Forjar: realitzar un procés que endureix i millora les pro-pietats d’un metall quan és colpejat amb un mall. • Fresatge: operació amb arrencament de ferritja en què
es dóna forma a una peça massissa.
• Laminar: deformar un metall en reduir el gruix d’una planxa metàl·lica.
• Soldar: realitzar una unió fixa entre dos metalls mitjan-çant l’addició i fusió d’un altre metall.
• Trempar: dur a terme un tractament que millora les pro-pietats dels metalls quan són sotmesos a escalfaments i refredaments controlats.
• Trossejar: realitzar una operació de tallar perfils metàl·lics amb una màquina trossejadora.
Resum
ELS METALLS fèrrics no fèrrics mal·leables dúctils conductorssón es classifiquen en en la indústria es realitzen
operacions de s’obtenen ferro dolç acers foses resistents densos durs zinc estany
coure per electròlisi
en alt forn alumini magnesi titani embotició encunyació soldadura punt a punt foradament trossejat fresatge i tornejament fabricació assistida per ordinador al taller es realitzen operacions de tallar doblegar mesurar i marcar trepar desbastar unir tenaços 917000 _ 0006-0027.qxd 4/3/08 20:54 Página 21
Activitats
Aplicació de continguts
3. ● ● Indica si són certes o falses les afirmacions se-güents i justifica la resposta.
a) Els metalls són molt plàstics.
b) Tots els metalls condueixen l’electricitat excepte el mercuri, perquè és líquid.
c) Els metalls són atrets pels imants.
d La fosa és un aliatge fèrric que conté menys d’un 2 % de carboni.
e) Els acers són més dúctils i mal·leables que les fo-ses, perquè tenen menys carboni en la composició.
4. ● Per què són tan importants els aliatges fèrrics?
5. ● Quina diferència hi ha entre els acers i les foses?
6. ● Com afecta el contingut de carboni els aliatges fèrrics?
7. ● Observa les característiques que s’hi donen i esbri-na a quin metall pur fan referència.
a) Lleuger però poc resistent, usat en pirotècnia. b) De color vermell, s’utilitza molt en instal·lacions de
calefacció i elèctriques.
c) Molt resistent a la corrosió, s’utilitza en aeronàutica. d) No s’oxida i s’utilitza en pintures metal·litzades. e) Tou i barat, utilitzat en envasos de begudes.
8. ● Ordena els materials metàl·lics següents: fosa, acer, coure, estany, zinc, alumini, magnesi i titani.
a) De més resistent a menys resistent. b) De més lleuger a més pesat.
9. ● ● ● Quina millora de propietats presenten els aliat-ges de coure enfront del coure pur?
10. ● Es poden fabricar planxes metàl·liques de fosa?
11. ●●● Indica quines operacions creus que s’han de se-guir per fabricar una llauna de refresc d’alumini des de l’origen del metall fins a obtenir-ne l’aspecte final.
12. ●● Quins acers són més fàcils de tornejar, els de baix contingut en carboni o els d’alt contingut?
13. ● ● ● Normalment, els aliatges metàl·lics no aparei-xen en la natura. Investiga com va descobrir l’ésser hu-mà l’obtenció dels aliatges de coure i com va influir en la seva forma de vida.
Anàlisi d’objectes
14. ● Relaciona l’objecte amb les propietats del metall que el fan apropiat per a aquesta aplicació.
15. ● ● ● Els cables elèctrics d’alta tensió estan penjats de les torres a grans alçades i es fabriquen d’alumini amb el nucli d’acer; això no obstant, el coure condueix millor l’electricitat. Per què creus aleshores que s’ele-geixen l’alumini i l’acer?
16. ● ● ● Els radiadors de la calefacció se solen fer de fo-sa, alumini o xapa d’acer; tot i així, el coure és millor con-ductor de calor que qualsevol d’ells. Com es justifica aquest fet?
17. ● ● Per què es cobreixen amb una capa d’estany les làmines d’acer dels envasos de llauna?
18. ●● Indica amb quin material metàl·lic construiries els objectes següents i el perquè.
a) La pota d’una cadira d’una nau espacial. b) Un implant de fèmur.
c) L’ala d’un avió.
d) El cable d’un ascensor.
e) El recipient que conté coure fos.
19. ● ● ● Imagina que has de dissenyar la caixa de can-vis d’un cotxe.
a) De quin material fabricaries els engranatges? b) Seria lleugera o pesada, la caixa de canvis? c) Si haguessis de fer la caixa de canvis d’un
helicòp-ter, elegiries el mateix material?
• Resistent a flexió • Mal·leable i inoxidable • Resistent a altes temperatures i dúctil • Tenaç • Magnètic Cap de martell • Filament• de bombeta• Imant • Biga d’acer • Llauna de refresc • 917000 _ 0006-0027.qxd 4/3/08 20:54 Página 22
20. ● ● ● Les bieles d’un automòbil normal són d’acer forjat o de fosa. Per a un automòbil de competició les bieles han de suportar grans esforços, treballar a al-tes temperatures i ser lleugeres. Quin metall és el més idoni?
21. ●●● Indica quines operacions hauries de realitzar per elaborar l’objecte metàl·lic següent. Per fer-ho busca al text el metall més adequat per a l’objecte següent:
22. ● Observa l’aigüera de la cuina de casa teva: a) De quin material està feta?
b) Amb quina tècnica industrial s’ha fabricat?
Investigació
23. ● Quins tipus d’unions metàl·liques apareixen a les fotografies?
24. ● Observa l’escultura de la fotografia. Quin metall és? Quin procés s’ha seguit en la fabricació?
25. ●●● Investiga. Quin material s’utilitza en la construc-ció d’una plataforma petroliera? Què es fa amb la pla-taforma quan s’acaba l’explotació?
26. ● Es poden soldar tubs amb un soldador pla?
27. ● La femella i el cargol són elements metàl·lics, com creus que es fabriquen?
28. ● Esbrina amb quin material es fabriquen els grans vaixells i què se’n fa quan ja no serveixen per navegar. Es reciclen?
a)
b)
c)
Ramon Berenguer III, Plaça del Rei. Barcelona.
4
El retallatAra s’ha de retallar la xapa; per fer-ho, són necessàries algunes consideracions:
• Per la teva seguretat, utilitza guants i tisores apropiades. • Sempre que puguis, és millor que tallis en línia recta i de
fora cap a dins la peça.
• Vés amb compte amb les arestes i els angles sortints. Vés amb compte amb les tisores i amb
la xapa. No et tallis!
Antonio de Lara Gavilán, «Tono» (1896-1978).
Dibuixant prolífic, autor teatral i il·lustrador de la revista
Cró-nica. Al marge reproduïm una pàgina d’aquesta revista que, amb
tigres i elefants, cocodrils, mosques i conills retallables, per do-blegar i enganxar, va marcar tota una època.
5
Un cop retallat l’elefant, li has de donar volum; per fer-ho,doblega la xapa com es veu a la fotografia.
Per unir la «panxa» de l’elefant, pots utilitzar un cargol i una rosca, una rebladura o qualsevol dels sistemes d’unió de metalls que has estudiat. Els forats es fan amb una barrina recolzant la xapa sobre un tros de fusta.
La sabana af ricana
Series capaç de dissenyar uns altres animals, com ho va fer Tono? Al final pots aconseguir una bona mostra de la fauna africana. 917000 _ 0006-0027.qxd 4/3/08 20:54 Página 25
En aquesta unitat... • Coneixeràs quines són les
característiques bàsiques dels plàstics.
• Aprendràs quina importància tenen en la societat actual, en conèixer-ne el gran nombre d'aplicacions.
• Descobriràs les maneres diferents de fabricar els objectes de plàstic més quotidians. • Comprendràs i valoraràs la necessitat de reciclar els plàstics. PLA DE TREBALL
2
Plàstics
El MaKrolon és el material amb què es fabriquen els discos compactes. És un policarbonat que transmet molt bé la llum.La informació es grava en unes petites ranures o pits. Si el gruix del CD fos d’un metre,
les ranures tindrien l’espessor d’un pèl. T’atreveixes a calcular quantes ranures hi ha en un disc compacte?
1.
Aquí hi ha tres objectes de plàstic. Sense mirar l’interior de la unitat, et veuries capaç de saber quina tècnica s’ha utilitzat per fabricar-los? Et donem alguna pista. Pot ser per laminatge, modelatge per pressió i bufatge.2.
Els plàstics tenen memòria. Encara que aquesta afirmació no és del tot certa, sí que ho és que alguns plàstics quan s’escalfen tornen a recuperar la forma que tenien. Observa el procés i respon: de quina forma et sembla que s’ha iniciat per fabricar el recipient?Quan acabis aquesta unitat hauràs après gairebé tot sobre els plàstics. I això vol dir que sabràs
molt més sobre tot allò que t’envolta: els tipus de plàstics, com es fabriquen, quines utilitats
te-nen... Abans, però, observa l’activitat.
Per començar, observa i respon
ACTIVITAT: formes dels plàstics
1
A B C
A B C
Què és un plàstic?
Al voltant nostre hi ha infinitat de productes fabricats, totalment o en part, amb plàstic: ampolles, contenidors, endolls, bolígrafs, teles, cano-nades, etc.
El plàstic es fa servir molt en la indústria perquè és fàcil de fabricar i modelar, econòmic, lleuger i admet pigments d’una varietat de colors força gran. A més a més, es pot combinar amb altres materials i així mi-llorar-ne les propietats.
En general, el plàstic és un material flexible, resistent, poc pesant i aïllant de l’electricitat i de la calor.
1
Un plàstic el formen molècules de gran longitud que s’enreden fins a formar una troca. En totes aquestes llargues molècules o macromolècu-les es repeteix una combinació d’àtoms, semblant a macromolècu-les baumacromolècu-les que for-men una cadena. Cadascuna d’aquestes unitats que es repeteix s’anome-na monòmer, i la unió del molt forma el polímer. Els monòmers els constitueixen, fonamentalment, àtoms de carboni i d’hidrogen.
Tot i que hi ha polímers naturals, com ara la cel·lulosa i el cautxú, la ma-jor part dels plàstics són materials sintètics. Els monòmers s’obtenen de matèries primeres com ara el petroli, el carbó o el gas natural.
Quan es vol fabricar un plàstic, cal que els monòmers enllacin entre si per formar el polímer. Això s’anomena reacció de polimerització. S’aconse-gueix mitjançant les reaccions químiques d’algunes substàncies en condi-cions determinades de pressió i de temperatura.
Recollida de làtex. Les persones han utilitzat els plàstics naturals, com ara el betum, les resines o el làtex, des de fa milers d’anys. Com a granadura de collarets, per impermeabilitzar embarcacions, per fabricar calçat impermeable...
Monòmer
Carboni Hidrogen El plàstic d’aquesta bossa el
formen molècules molt llargues o macromolècules. I cadascuna, al seu torn, és la unió repetida de molècules més petites que s’anomenen monòmers.
ACTIVITATS 1. ● Respon:
a) Què és un monòmer? b) I un polímer?
2. ● ● Explica què és la polimerització. 917000 _ 0028-0051.qxd 5/3/08 09:26 Página 30
Afegeix-li dues cullerades d’alcohol de 96 graus i agita-ho suaument. Observa-ho. Posa-hi una mica més d’alcohol i continua agitant-ho. Posa una cullerada de cola
blanca dins un got i dissol-la en una d’aigua fins a obtenir una barreja ben homogènia.
Afegeix-hi aigua perquè no se t’enganxi a les mans.
Fes una pilota i deixa-la que s’assequi. Fixa’t què passa. Has obtingut un gel molt viscós. Analitza l’aspecte de la solució.
Amb el nostre experiment hem obtingut alcohol polivinílic. Per acon-seguir-lo, hem utilitzat alcohol etílic com a reactiu i l’hem plastificat o coagulat afegint-hi aigua.
Hi ha molts mètodes industrials i complicats per fabricar plàstic, tot i que el procediment general es pot resumir de la forma següent: El monòmer s’introdueix en una màquina anomenada reactor, conjun-tament amb un dissolvent i un catalitzador o activador de la reacció química, a una pressió i temperatura controlades. Durant el procés s’hi poden afegir, també, pigments que donen color i altres substàncies que milloren les propietats del plàstic.
El material plàstic obtingut pot tenir forma de boletes, grànuls o pols que, després, es processen i modelen per fer làmines, tubs o peces definitives d’un objecte.
Procediment general per fabricar plàstics (polímers).
Dissolvent
Polímer líquid
Polímer en pols Catalitzador El producte de la reacció se separa
del dissolvent i s’asseca.
Assecadora
Trituradora
Monòmer
ACTIVITATS
3. ● Quina matèria primera s’utilitza per elaborar els plàstics?
4. ● ● Com es fabrica un plàstic? Com s’aconsegueix obtenir plàstics tan diversos? ASSAIG: com obtenir un plàstic?
SEGURETAT
Un cop hagis acabat l’experiment amb l’alcohol polivinílic, renta’t bé les mans i tots els objectes que has fet servir.
Propietats dels plàstics
Generalitzar sobre les propietats dels plàstics es fa difícil. N’hi ha una diversitat molt gran i, a més, les propietats d’uns i altres són ben dife-rents. Per això només estudiarem les més significatives.
• Conductivitat elèctrica. Els plàstics són mals conductors de l’electri-citat, i aquesta característica els permet que s’utilitzin com a aïllants elèctrics.
El recobriment de cables en pot ser un exemple.
• Conductivitat tèrmica. Els plàstics tenen una conductivitat tèrmica baixa. Solen ser materials aïllants perquè transmeten la calor molt lentament.
Un exemple són els mànecs de la bateria de cuina.
• Resistència mecànica. Els plàstics són molt resistents, si se’n té en compte a més la lleugeresa. I això explica per què es fan servir, con-juntament amb els aliatges metàl·lics, per construir avions.
Quasi totes les joguines, per exemple, estan fetes amb alguna mena de plàstic.
• Combustibilitat. La major part dels plàstics crema amb facilitat, ja que les molècules es componen de carboni i hidrogen. El color de la flama i l’olor del fum que desprenen sol ser característic de cada ti-pus de plàstic.
Les bosses d’escombraries, per exemple.
• Plasticitat. Molts plàstics s’estoven amb la calor i, sense que s’arri-bin a fondre, es poden modelar molt fàcilment. Això permet fabricar amb aquest material peces de formes complicades.
Altres propietats dels plàstics
Els plàstics també tenen, a més de les anteriors, unes altres propietats molt interessants:
• Economia. El plàstic és un material molt econòmic, amb algunes excepcions. Competeix amb alguns metalls en condicions d’igualtat i amb preus més baixos.
• Facilitat de processament i versatilitat. La gran plasticitat fa que les tècniques industrials de fabricació siguin senzilles, i això permet fabricar materials plàstics segons les necessitats del dis-senyador.
• Facilitat per combinar-se amb altres materials. Aquesta qualitat fa possible la creació de materials compostos amb propietats cada cop més bones, com ara el polièster reforçat amb fibra de vidre. L’ inconvenient principal dels plàstics és que, en general, perden les propietats quan se sotmeten a temperatures elevades.
2
Proveta de plàstic encesa. Els plàstics cremen i alliberen energia. Les restes negres de carbó demostren que el plàstic es compon de carboni. Si omplim dos gots diferents(un de metall i l’altre de suro blanc) amb aigua calenta, en agafar-los l’un cremarà i l’altre no. Quin dels dos cremarà més? Si deixem que passi una estona, comprovarem que l’aigua del got metàl·lic s’ha refredat més de pressa. Què creus que ha passat?
Tipus de plàstics. Aplicacions
Com que hi ha molts plàstics diferents, per estudiar-los es poden agru-par en tres tipus: termoplàstics, termostables i elastòmers.
3
Plàstic Es punxa amb un clip incandescent Es fon Termostable(si es talla, fa encenalls)
Elastòmer No es fon S’estira? NO SÍ Termoplàstic
(si es talla, fa estelles)
Objectes quotidians que són de plàstic
Motxilla:
poliamida
impermeabilitzada amb PVC
(termoplàstic).
Sabatilles: sola de cautxú
(elastòmer) i forma de PVC (termoplàstic).
Jersei:
poliamides (termoplàstic).
Fixador o gomina: polivinil
(termoplàstic). Impermeable: poliamides (termoplàstic) impermeabilitzades amb silicones (elastòmer). Botons: fenols (termostable). Estoig: poliamides (termoplàstic). Bolígraf transparent: poliestirè (termoplàstic).
Folre del llibre:
polietilè (termoplàstic). Goma d’esborrar: cautxú (elastòmer). Ulleres de sol: policarbonat (termoplàstic). Fars: metacrilat (termoplàstic). Pneumàtic de les rodes: cautxú (elastòmer). Mànecs del manillar: poliuretà expandit (elastòmer). Ampolla d’aigua de la bici: polietilè (termostable). Escuma del seient: poliuretà expandit (elastòmer).
Casc per al cap: policarbonat
(termostable).
ACTIVITATS
5. ● ● Quina diferència hi ha entre els termoplàstics i els termostables? ASSAIG: quin tipus de plàstic és?
Termoplàstics
Els plàstics termoplàstics tenen les propietats següents: • Es deformen per la calor.
• Se solidifiquen en refredar-se.
• Es poden processar uns quants cops sense que perdin les propietats. És a dir, que són reciclables.
La temperatura màxima que poden suportar no supera els 150 ˚C, ex-cepte el tefló, que resisteix temperatures molt més altes i s’utilitza, de fet, com a recobriment d’olles i paelles.
Termostables
Els plàstics termostables sofreixen un procés anomenat de tracta-ment quan se’ls modela i dóna forma aplicant-hi pressió o calor. Du-rant el procés, les cadenes polimèriques s’entrecreuen. I el resultat és un plàstic rígid i més resistent a les temperatures que els termoplàstics, però també més fràgil. No es poden reciclar aplicant-los calor.
Elastòmers
Les macromolècules dels plàstics elastòmers formen una xarxa que es pot contraure i estirar quan aquests materials són comprimits o bé esti-rats, i fins i tot poden lliscar unes cadenes sobre les altres. Per això són tan elàstics.
No suporten bé la calor i es degraden a temperatures mitjanes, cosa que fa que el reciclatge mitjançant calor no sigui possible. Un exemple d’elastòmer és el cautxú natural.
Macromolècula de termoplàstic.
Les propietats dels termoplàstics tenen l’origen en la configuració de les molècules que els componen, que és lineal i ramificada.
Macromolècula d’elastòmer Macromolècula de termostable
Efectuem un assaig per diferenciar alguns tipus de termoplàstics.
Objecte Objeto S’encén Disc compacte Tipus de termoplàstic Resultat PC (policarbonat) No crema. Tub PVC (clorur de polivinil)
Una flama lleugera i, després, s’apaga.
Pot gruixut HDPE (polietilè
d’alta densitat) Es crema i goteja. Brilla.
Bossa
d’escombraries
LDPE (polietilè de
baixa densitat) Es crema i goteja. No brilla.
Xeringa PP (polipropilè) Es crema, no goteja i fa olor de cera.
Safata d’aliments
frescos PS (poliestirè) Crema fàcilment i crepita.
ASSAIG: com aprendre a distingir els termoplàstics
Plàstics termoplàstics
Nom químic
(nom comercial) Aplicacions Propietats
Polietilè (PE) Polietilè d’alta densitat (HDPE) Polietilè de baixa densitat (LDPE)
Contenidors, aïllants elèctrics, canonades, ampolles, pel·lícules i fulls per envasar, joguines i bosses d’escombraries.
La icona indica que el plàstic és reciclable amb calor, i cada plàstic té assignat un número.
• És resistent a la corrosió.
• N’hi ha de dos tipus, HDPE (alta densitat) i LDPE (baixa densitat). Aquestes sigles es poden identificar en objectes diversos fabricats amb aquest material.
• Sura a l’aigua.
Polipropilè (PP) Empaquetament, ampolles, tubs i canonades, tapisseria de l’automòbil, bosses, sacs, xeringues, precintament de caixes, fibres i filaments.
• És més dur i menys flexible que el polietilè. Incolor, inodor i resistent a la humitat i la calor.
• Sura a l’aigua.
Clorur de polivinil (PVC) Tubs, canonades, canalons, conductes elèctrics, peces de vestir per a la pluja, maletes, sabates, cortines de bany, mànegues de jardí i discos.
• Es químicament molt resistent. Fàcil de processar. Es barreja molt bé amb additius que en milloren les propietats i n’amplien les aplicacions.
• No sura a l’aigua.
Poliestirè (PS) Carcasses d’electrodomèstics de línia blanca, botons d’aparells, instruments i davantals d’automòbils, safates per als aliments frescos, envasos de iogurts i calçat.
• Transparent, inodor, insípid i relativament fràgil. Les propietats es poden modificar per fabricar poliestirè expandit.
• No sura a l’aigua.
Polietilè tereftalat (PET) Ampolles d’aigua i de begudes carbòniques, pel·lícula fotogràfica, cinta de gravació i fibres tèxtils.
• És transparent i impermeable als components gasosos com l’anhídrid carbònic de les begudes refrescants.
• No sura a l’aigua.
Policarbonats (PC) Discos compactes, visors per a cascos protectors, lents, pel·lícules fotogràfiques i aïllants.
• Transparent i amb unes propietats químiques, elèctriques i tèrmiques excel·lents. És dues-centes vegades més resistent que el vidre.
• No sura a l’aigua.
Metacrilats (PMMA) Vidres d’avions i vaixells, claraboies, anuncis lluminosos i pilots dels vehicles.
• Dur, rígid i transparent, és més resistent a un cop o impacte que no pas el vidre.
Politetrafluoretilè (PTFE) o tefló
Antiadherent de paelles i cassoles, aïllant de cables de temperatures altes, components elèctrics, juntes, coixinets i aplicacions criogèniques.
• El fluor que conté li confereix propietats antiadherents. És resistent als agents químics agressius i un aïllant elèctric molt bo. • És resistent a la calor i car.
2 4 5 3 6 1 7 7 917000 _ 0028-0051.qxd 5/3/08 09:26 Página 35
Fenols (PF) Dispositius elèctrics, connectors, botons, laminats per a taulers contraplacats, coles, adhesius, poms i mànecs d’estris de cuina.
• Es fabriquen de pocs colors; normalment, negre o marró. Les propietats elèctriques, tèrmiques i mecàniques són bones, i per això es fan servir com a aïllants.
• La resistència a la corrosió química és alta.
Amines (MF) Adhesius, resines per unir taulers contraplacats, bucs de vaixells
i recobriments de paper.
• Es combinen amb farciments de cel·lulosa, i s’obtenen productes barats amb una rigidesa i resistència a l’impacte força bones.
Resines de polièster (UP) Reforçades amb fibra de vidre, s’utilitzen per fer plafons de cotxes, peces de carrosseria, bucs d’embarcacions petites, tancs, esquís i canyes de pescar.
• En combinació amb la fibra de vidre, formen materials compostos de gran resistència.
Resines epoxi (EP) Revestiments de llaunes d’aliments i bidons, adhesius.
• Tenen una adhesió bona sobre els materials. • La resistència química i mecànica és bona. • Són bons aïllants elèctrics.
Plàstics termostables
Plàstics elastòmers
Cautxús (CA) Rodes, cilindres d’impressora i impremtes, tubs flexibles de premses hidràuliques, soles de sabates i guants.
• Molt flexibles i resistents.
Neoprens (PCP) Corretges industrials, recobriments de cables i vestits de busseig.
• Són més resistents que el cautxú, però menys flexibles.
Poliuretans (PUR) Peces de vestir elàstiques (licra o elastà), cintes transportadores per a la indústria, mànegues d’aigua i rodes industrials. Escuma per farcir seients i matalassos.
• Durs, resistents a l’abrasió i flexibles. També poden adoptar la forma d’escumes.
Silicones (SI) Hules, aplicacions resistents a l’aigua, pròtesis mèdiques i segellament de juntes.
• L’estabilitat tèrmica i a l’oxidació són bones. • Són flexibles.
• Tenen unes propietats elèctriques excel·lents.
Nom químic
(nom comercial) Aplicacions Propietats
Nom químic
(nom comercial) Aplicacions Propietats
Fibres tèxtils
Les fibres tèxtils són filaments que es filen o trenen, es tenyeixen i, des-prés, s’entrellacen per teixir draps o teles. Poden ser naturals o bé sintèti-ques. Les fibres naturals s’obtenen de matèries primeres que es troben a la naturalesa, com ara la llana animal, la llavor del cotó o la tija del lli. Les fibres sintètiques s’aconsegueixen mitjançant reaccions químiques. El niló, el polièster i l’elastà en són uns quants exemples.
4
Fibra Classificació Obtenció Característiques Aplicacions
Llana Natural, d’origen animal.
És el pèl de certs animals ovins que s’esquilen periòdicament.
Resistent i elàstica, no s’arruga.
Roba d’abric
Seda Natural, d’origen animal.
S’obté del capoll del cuc de seda. De cada capoll surt una fibra que es fila amb unes altres quatre per formar el fil.
És l’única fibra contínua de la naturalesa. Es pot rentar i tenyir, i utilitzar com a llenç per pintar.
Teixits fins i cars. Fundes de sacs de dormir.
Cotó Natural, d’origen vegetal.
És una llavor, i es pot collir a mà o bé a màquina.
Fibra que s’encongeix en el rentat; però transpira bé i no causa al·lèrgies.
Pantalons texans, camises i mitjons.
Nailon Sintètica. Polímer termoplàstic de la família de les poliamides.
És més forta que qualsevol altra fibra natural i molt flexible.
Mitges, teles de paracaigudes i coixins de seguretat (airbags).
Polièster Sintètica. Polímer termostable. Una fibra adequada per combinar amb cotó i llana.
Camises, vestits, conjunts (terns) i bruses.
Elastà Sintètica. Polímer elastòmer de la família dels poliuretans.
Molt elàstica. Es combina amb altres fibres. Lycra n’és el nom comercial.
Cotilleria, mitges i vestits de bany.
ACTIVITATS
6. ● ● Classifica els objectes següents en un dels tres tipus de plàstics:
a) Pneumàtic. d) Pilot d’automòbil. g) Mànec de paella.
b) Ampolla d’aigua. e) Safata de suro blanc. h) Seients d’escuma.
c) Bolígraf. f) Canonada. i) Guants.
7. ● ● Relaciona les fibres tèxtils amb les seves aplicacions:
a) Llana. 1) Culots.
b) Cotó. 2) Bufanda.
c) Elastà. 3) Mitjons.
d) Polièster. 4) Impermeable.
8. ● ● Podem fer servir el polietilè (PE) per fabricar la tapadora d’una paella? Per què? 917000 _ 0028-0051.qxd 5/3/08 09:26 Página 37
Extrusió
Una mànega de pastisseria per decorar els pas-tissos és una màquina d’extrusió senzilla. Se-gons com sigui el broc de la mànega, la nata sortirà amb una forma i un gruix determinats. A la indústria, però, seguint amb l’exemple de la fabricació d’un bolígraf, necessitarem dos tubs: un d’hexagonal per a la carcassa i un al-tre de rodó per a la tinta.
Pel que fa al procediment d’extrusió, un car-gol sense fi pressiona i fa sortir la massa pel broc. S’obté una peça contínua, de força llar-gària i poca secció, que es refreda mitjançant un raig d’aire o d’aigua freda.
El processament dels plàstics
A partir dels grànuls o les boletes de material plàstic, per fabricar un objecte se segueixen tècniques diferents.
Emmotllament per injecció
Imagina’t que has d’elaborar bombons de xocolata. Com t’ho faries? Una solució pot ser injectar xocolata fosa dins un motlle. Si ho fas així, hauràs utilitzat la tècnica d’emmotllament per injecció.
A la indústria, el procediment és molt semblant. A continuació, segui-rem el procés de fabricació d’un bolígraf: observa la il·lustració. Aquest mètode es fa servir per fabricar peces com ara cubs, plats, carcasses d’objectes i peces més complexes.
Totes les tècniques tenen un element en comú: cal escalfar el plàstic i introduir-lo en un motlle. La diferència entre les diverses tècniques de processament rau en la manera de donar forma al polímer.
5
Secció d’una màquina d’injecció.
Entrada dels grànuls al cilindre calefactor.
Un moviment ràpid del pistó injecta el plàstic fos al motlle, on se solidifica
i pren la forma. S’obre el motlle i s’expulsa la peça.
Motlle d’acer de dos semimatrius.
Bandes calefactores. Els grànuls avancen pel
moviment giratori del cargol i es fonen per l’efecte de la calor.
Secció d’una màquina d’extrusió.
El contorn de l’orifici de la
màquina d’extrusió dóna
la forma al tub. Refrigeració.
Bandes calefactores. El broc extrusor
modela el material.
El plàstic es fon dins el cilindre calefactor.
Tubs de plàstic processats per
extrusió. Amb aquest sistema es fabriquen tubs (buits o massissos) i varetes de formes diverses.
ACTIVITATS
9. ● Podem fabricar un tap de plàstic pel procediment d’extrusió? I un regle de mesurar? 10. ● ● En què es diferencien la tècnica d’injecció i la de bufatge?
Emmotllament per bufatge
A la indústria dels plàstics, la tècnica d’emmotllament per bufatge es fa servir per fabricar ampolles, recipients i peces buides.
Emmotllament per compressió
El sistema permet fabricar peces molt grans, tot i que no gaire compli-cades, com ara el davantal dels automòbils.
La peça de plàstic (generalment termostable) pren la forma quan s’apli-ca pressió a una preforma de material plàstic compactat. L’efecte com-binat de la pressió i la calor uneix les partícules de plàstic i dóna lloc a un entrellaçat de les cadenes del polímer o reacció de tractament, que permet formar un sòlid uniforme, rígid i homogeni. Després, la peça s’expulsa mecànicament del motlle.
S’obre el motlle i s’expulsa la peça. Aire a pressió. Es parteix d’una peça de plàstic tubular que s’anomena preforma. El motlle s’obre per la meitat, s’hi introdueix la preforma i es tanca.
La preforma plàstica s’escalfa primer i després s'introdueix al motlle de la màquina de bufatge.
Després, s’insufla aire a pressió i es modela el plàstic amb la forma
interior del motlle.
En aplicar pressió i calor a la preforma, es produeix el procés de tractament i s’obté la forma definitiva.
Un ressort (o molla) empeny la peça i l’extreu del motlle. Preforma compacta.
1 2 3
L'ampolla de refresc s'obté, a partir d'una preforma plàstica, amb la tècnica d'em-motllament per bufatge.
Preforma.
Filatura
Aquest és el procés habitual per obtenir els fils de les fibres tèxtils sin-tètiques amb les quals s'elaboren tota mena de peces de vestir.
Laminatge
Quan es tracta d’aconseguir làmines fines, s’utilitza el procés de lami-natge per extrusió amb bufatge o el calandratge.
Per obtenir fils ben fins, s’obliga el polímer fos a sortir per un broc de forats múltiples (com a la dutxa de regadora). Recipient amb condicions de pressió i temperatura altes. El polímer es refreda mitjançant un raig d’aire o un bany en líquid. Reixeta calenta Nitrogen Trituradora Polímer en pols
Els fils s’estiren i, després, es bobinen. Bobines Fils de plàstic. El sistema d’extrusió per
bufatge obté una
pel·lícula molt fina en forma de cilindre
o de macarró. Per fabricar làmines amb plàstics menys fluids es fa servir la tècnica del
calandratge.
La massa de plàstic es comprimeix entre uns rodets calents que giren en sentit contrari i el modelen. Làmina Enrotllament Aire Massa de polímer Pel·lícula doble
El plàstic se solidifica i es plega amb l’ajut dels rodets guia.
Polímer fos Broc en formad’anell.
Entrada d’aire calent.
1. Indica quin sistema de processament s’ha utilitzat per fabricar els objectes següents, i explica el perquè. Escumeig
Una esponja és un plàstic que conté una gran quantitat d’aire, cosa que també fa que sigui molt més lleuger. L’ escuma del sabó és un cúmul de bombolles d’aire atrapades dins una pel·lícula d’aigua i detergent. Les escumes plàstiques presenten igualment aire clos en forma de bombo-lles a l’interior. I això li proporciona al material molta lleugeresa. L’aire és introduït al material mitjançant l’agitació, la insuflació o afe-gint-hi un producte escumant. Després, se li pot donar forma amb els sistemes ja tradicionals d’injecció, extrusió o calandratge.
Emmotllament al buit
La tècnica és apropiada per modelar peces de no gaire gruix. Es parteix d’una planxa molt fina de material plàstic, que s’introdueix i se super-posa sobre el motlle.
Unes làmpades infraroges escalfen la planxa plàstica a la paret superior, mentre que per la part inferior s’aplica el buit. La pressió atmosfèrica empeny el plàstic, de manera que s’enganxa a les parets i acaba agafant la forma del motlle. Emmotllament al buit
El Reichstag, embolicat amb 100.000 m2
de polipropilè. Per subjectar-los han calgut 16.600 m de corda, també de polipropilè. Obra de Javacheff Christo i Jeanne Claude de Guilleton. Berlín, 24 de juny del 1995.
Objecte Canonada
Argumentació
Peça buida, de secció igual, contínua i de molta llargària. Tècnica
Extrusió
Ampolla Bufatge Peça buida, de secció variable i tancada per un extrem.
Tovalles de plàstic Laminatge Peça plana i de superfície gran.
Rotlle de film transparent Laminatge Pel·lícula de gran extensió i de poc gruix.
Para-xocs Injecció Peça de forma complicada i secció variable.
Dispositiu elèctric Compressió Peça de plàstic termostable i de formes complicades.
Xarxa de pescar Filatura La llargària predomina sobre la secció, que és molt fina.
Safata per a bombons Buit Planxa o làmina molt fina.
EXEMPLES RESOLTS
Si les planxes són més gruixudes, es tallen amb la serra de metalls. Si les planxes
o làmines són primes, n’hi haurà prou fent una marca amb el cúter i aplicant-hi, després, una petita pressió. Per marcar un tall perpendicular en
un cilindre, s’ha d’envoltar amb una tira de paper de vores rectes, perquè ens serveixi de guia quan tracem amb el llapis o el retolador.
Els plàstics es ratllen fàcilment i, per tant, els hem de protegir de les mordasses del cargol de banc, perquè no hi quedin marques. Una solució pot ser posar cartró vell entre el plàstic i el metall.
Per tal de no tallar-te, has de tenir molta cura on poses els dits.
Treball amb plàstics al taller
Quan treballem amb materials plàstics al taller, hem de tenir en comp-te les propietats del plàstic que farem servir, perquè les eines que des-prés necessitarem dependran d’elles. En general, el material plàstic se sol subministrar en forma de planxes, làmines o tubs.
Marcar
Els talls i els plecs de les planxes es poden marcar amb un llapis tou o amb un retolador de tinta indeleble.
Quan haguem de fer talls sobre peces tridimensionals, serà necessari d’enganxar-hi cinta que no traurem fins que haguem completat el tall i, també, l’acabat.
Subjectar
Per subjectar el material s’utilitzen les eines tradicionals: el serjant o el cargol de banc.
Tallar
La manera de dur a terme aquesta tasca depèn del tipus de plàstic que treballem i de la forma de presentació.
• Plàstics tous i prims: si les planxes són molt fines es poden tallar amb tisores o cúter, com si fossin paper o cartró.
• Planxes gruixudes: cal fer servir la serra d’arc per a metalls.
• Plàstics trencadissos: el metacrilat requereix sempre eines per a metall. Abans s’ha de greixar la fulla amb una mica d’oli per facili-tar el tall.
• Plàstic expandit: el poliuretà expandit (escuma) i les làmines pri-mes de poliestirè (suro blanc) es tallen amb ganiveta. Les làmines gruixudes de poliuretà es tallen bé amb una serra de metalls. El po-liestirè expandit gruixut es talla amb un fil metàl·lic calent (nicrom).
6
L’ús d’una forma (un tros de fusta) permet doblegar amb més precisió. S’utilitza un escalfador elèctric
o un assecador d’aire calent.
S’embolica la planxa de plàstic amb paper d’alumini (la part brillant cap a fora) i s’aplica l’escalfor a la part per on es vol doblegar.
Foradar
Si la planxa és prima, s’utilitza el filaberquí. Si és gruixuda, cal sub-jectar el plàstic a una fusta. Entre la fusta i el plàstic hi posem un car-tró, per protegir-lo, i llavors fem el forat amb el trepant. Sempre, però, amb broca per a metalls. En el cas concret del metacrilat, cal lubrifi-car amb oli.
Desbastar
Per aconseguir un bon acabat és molt important la fase de desbast. Els plàstics són molt tous i s’hi fan rascades amb facilitat. Per tant, hem de ser curosos durant aquest procés si no volem convertir un plàstic trans-parent en translúcid.
• Llimes. Les que es fan servir per a fusta ens serveixen.
• Llimes de paper de carbur. Es tracta de carbur de silicona, un abrasiu sintètic de color gris, sobre una base de paper impermeable. I es poden utilitzar seques o bé mullades. Si es fan servir mullades, l’aigua actua com a lubricant i millora l’acabat superficial. Cal treure el «fanguet» que es produeix durant la intervenció i rentar la llima per desesmussar-la.
Doblegar i corbar
Per doblegar planxes primes o tubs hi ha un procediment molt útil. Consisteix a aplicar calor a la zona per la qual volem doblegar-los.
El plàstic és molt tou i les llimes s’esmussen ben ràpidament, però són fàcils de netejar amb un raspall de metalls.
És molt important fer un senyal al lloc on hem de foradar amb el filaberquí o el trepant, i subjectar-los amb fermesa per evitar desplaçaments.
Acabar
Si volem pintar polietilè o propilè, hem d’aplicar abans una capa de co-917000 _ 0028-0051.qxd 5/3/08 09:26 Página 43
