UD 2 NUEVOS MATERIALES 4ESO VALCAT traduccion no revisada

Texto completo

(1)MATERIALS I-PROPIETATS DE MATERIALS.. II-NOUS MATERIALS. Luis García Molina. I.E.S. Serra Perenxisa (Torrent). 1.

(2) Materials ...: I. PROPIETATS. 2.

(3) Cada objecte que dissenyem i construïm necessita estar fet d'un material que li aporti unes característiques adequades al seu ús. Cada material té unes propietats pròpies, que el fan adequat o inadequat per a diferents usos. El mateix material pot ser idoni per a un ús, i un terrible error per a un altre. No obstant això això no vol dir que només puguem fabricar un objecte amb un sol tipus de material. Cada objecte pot ser fabricat amb diferents materials, però aquests han de tenir propietats similars. Com a futurs dissenyadors, enginyers, tècnics, operaris, venedors o compradors, hem de conèixer les propietats dels materials, per prendre bones decisions. TIPUS DE PROPIETATS: A.FÍSICAS A.1 MECÀNIQUES A.2 conductivitats A.3 calorífiques B.QUÍMICAS C.ECONÓMICAS D.ECOLÓGICAS E.HUMANAS. D.ECOLOGICAS E.HUMANAS.. 12.

(4) A.1) PROPIETATS FÍSIQUES mecàniques •. ELASTICITAT: És la capacitat d'un cos de poder deformar davant d'una força i recuperar la forma original després de cessar la força que el deformava.. força – PLASTICITAT: És un cos amb elasticitat mitjana: recupera part de la forma i adquireix deformacions permanents. força – RIGIDESA: És un cos amb elasticitat molt baixa: no es deforma. força. 4.

(5) A.1) PROPIETATS FÍSIQUES mecàniques •. Mal·leabilitat: Propietat de poder fer-se làmines si passa per rodets.. •. Ductilitat: Propietat de estirar-se en fils.. 5.

(6) A.1) PROPIETATS FÍSIQUES mecàniques •. DURESA: Capacitat d'un cos de poder ratllar a un altre.. •. RESISTÈNCIA MECÀNICA: Capacitat de suportar grans esforços continus.. •. TENACITAT: Capacitat de suportar cops secs.. – FRAGILITAT: Baixa tenacitat.. 6.

(7) A.2) PROPIETATS FÍSIQUES: conductivitats •. CONDUCTIVITAT ELÈCTRICA: la capacitat de transmetre el corrent elèctric.. •. CONDUCTIVITAT LLUMINOSA: Capacitat de transmetre la llum.. •. CONDUCTIVITAT TÈRMICA: Capacitat de transmetre la calor.. •. CONDUCTIVITAT ACÚSTICA: Capacitat de transmetre el so.. •. CONDUCTIVITAT DE LÍQUIDS (permeabilitat): Capacitat de deixar passar líquids a través seu – –. POWER LIGHT HEAT SOUND LIQUID. Porositat: capacitat d'absorbir i retenir líquids. Solubilitat: capacitat de dissoldre completament en aigua.. A.3) PROPIETATS FÍSIQUES: de la calor. •. DILATABILIDAD: Capacitat d'augmentar el seu volum amb la calor i contreure amb el fred.. 16.

(8) A.3) PHYSICAL PROPERTIES: States. condensability. evaporability solidificability. sublimability. cold. heat liquibility. solidificability. •. Fusibilitat: Capacitat de passar de sòlid a estat líquid amb la calor Solidificabilidad: el contrari. •. EVAPORABILIDAD: Capacitat de passar a de líquid a gas. Condensabilidad: el contrari. •. SUBLIMABILIDAD: Capacitat de passar a de sòlid a gas. Solidificabilidad: el contrari 18.

(9) activitat.1 A) PROPIETATS FISIQUES (A.1): mecàniques Analitzarem les propietats físiques mecàniques dels materials: COMPLETA LA SEGÜENT TAULA pensant en una mostra modèlica del material preparat per al seu ús. ELASTICITAT Petris. Mal·leabilitat. Ductilitat. DURESA. RESISTÈNCIA. TENACITAT. Pedres Àrids Ceràmics Vidre. Metalls Fustes Tèxtils. Naturals Sintètics. Plàstics. 9.

(10) activitat.2 A) PROPIETATS FISIQUES (A.2): conductivitats Analitzarem les propietats físiques de les conductivitats dels materials: COMPLETA LA SEGÜENT TAULA pensant en una mostra modèlica del material preparat per al seu ús. Conducividad ELÈCTRICA Petris. Conducividad LUMÍNICA. Conducividad TÈRMICA. Conducividad ACÚSTICA. Conducividad de LÍQUIDS. Pedres Àrids Ceràmics Vidre. Metalls Fustes Tèxtils. Naturals Sintètics. Plàstics. 10.

(11) •. B) PROPIETATS QUÍMIQUES. Oxidabilitat: És la capacitat d'un cos de combinar-se amb l'oxigen de l'aire per forma òxids.. – COMBUSTIBILITAT: És la capacitat extrema de l'oxidació. Reacciona tant que es crema i deixa anar molta energia de cop.. 11.

(12) activitat.3. A) PROPIETATS FISIQUES (A.3): de la calor. Analitzarem les propietats físiques mecàniques dels materials: COMPLETA LA SEGÜENT TAULA:. DILATABILIDAD Petris. Fusibilitat. EVAPORABILIDAD. Pedres Àrids Ceràmics Vidre. Metalls Fustes Tèxtils. Naturals Sintètics. Plàstics. 12.

(13) B) PROPIETATS QUÍMIQUES. activitat.4. Analitzarem les propietats físiques mecàniques dels materials: COMPLETA LA SEGÜENT TAULA:. Oxidabilitat Petris. COMBUSTIBILIAD. Pedres Àrids Ceràmics Vidre. Metalls Fustes Tèxtils. Naturals Sintètics. Plàstics. 13.

(14) C1) PROPIETATS ECONÒMIQUES •. Les propietats econòmiques són totes aquelles referides al mercat (lloc on fabricants i consumidors interaccionen. – – –. COST DE PRODUCCIÓ PREU DE VENDA ESTABILITAT-DURADA. C2) PROPIETATS MEDIAMBIENTALS. •. Les propietats ecològiques són aquelles característiques del material en relació amb el nivell d'impacte en el medi ambient. – – – – – – –. RECICLABILITAT. REUTILIZABILIDAD. BIODEGRADABILITAT. IMPACTE MEDIAMBIENTAL A LA SEVA OBTENCIÓ. TOXICITAT. SOSTENIBILITAT Renovabilitat. C3) PROPIETATS HUMANES •. Les propietats humanes són aquelles que tenen a veure directament amb els éssers humans, des dels seus gustos fins a la seva seguretat. – – – – –. Inclou les propietats ecològiques, atès que formem part de l'ecosistema. SEGURETAT (PERILL PER A NENS, TOXICITAT) ERGONOMIA JUSTÍCIA ESTÈTICA.. 14.

(15) activitat.5 C. PROPIETATS ECONÒMIQUES, MEDIAMBIENTALS, HUMANES Analitzarem les propietats físiques mecàniques dels materials: COMPLETA LA SEGÜENT TAULA:. PREU DE VENDA Petris. RECICLATAT. BIODEGRAinundabilitat. IMPACTE D'OBTENCIÓ. Renovaci ó TAT. JUSTÍCIA. ESTÈTICA. Pedres Àrids Ceràmics Vidre. Metalls Fustes Tèxtils. Naturals Sintètics. 15.

(16) ELECCIÓ DE MATERIALS EN EL DISSENY DE PRODUCTES Quan dissenyem productes hem de pensar de quin material o materials estarà fet. Per triar el material hem de pensar quin tipus de propietats pensem que ha de tenir.. Per exemple, pensem en les propietats que hauria de tenir el material per fer una taula: (Veure taula de la diapositiva següent). 16.

(17) TIPUS. Anàlisi dels graus de les propietats per al material per fer una taula:. FÍSIQUES. MECÀNIQUES. Conductivitats. DE LA CALOR. PROPIETAT. NIVELL. Elasticitat (Plasticitat) (rigidesa). BAIX. Mal·leabilitat. BAIX. Ductilitat. BAIX. Duresa. ALT. Resistència mecànica. ALT. Tenacitat. ALT. Elèctrica. BAIXA. Tèrmica. BAIXA. Lumínica. No importa. Acústica. No importa. De líquids. BAIX. Dilatabilidad. BAIX. Fusibilitat. BAIX. Evaporabilidad. BAIX. 17.

(18) TIPUS. ACTIVITAT 6:. FÍSIQUES. PROPIETAT MECÀNIQUES. Activitat.5. Elasticitat (Plasticitat) (rigidesa). Fes una anàlisi dels graus de les propietats per al material per fer. Mal·leabilitat. a) b) c) d) e). Resistència mecànica. un sofà. Un martell Un forn Una finestra El ganxo d'una grua.. NIVELL. Ductilitat Duresa. Tenacitat Conductivitats. Elèctrica Tèrmica Lumínica Acústica De líquids. DE LA CALOR. Dilatabilidad Fusibilitat Evaporabilidad. 18.

(19) activitat0.6 INTERNET: Visiteu el lloc web · enciclopèdia web "Wikipedia". Cerca a la llista de "Física" i investiga 2 o 3 que li interessen: Cerca a la llista de "Propietats químiques" i investiga 2 o 3 que li interessen: Cerca a la llista de "propietats ecològiques" i investiga 2 o 3 que li interessen: :. 17.

(20) II.A-NOU METAL II.B superconductors II.C-NOU PLÀSTIC II.D-bioplàstics II.E-COMPOSITES II.F-nanotubs II.G-Metamaterials. II. NOUS MATERIALS. II.h-MATERIALS INTEL·LIGENTS II.I NOUS MATERIALS EN CONSTRUCCIÓ. II.J NOUS MATERIALS POROSOS II.k MATERIALS ECOLÒGICS.. 18.

(21) II.A NOUS METALLS I ALIATGES TITANI De propietats mecàniques tan bones com l'acer, però MÉS LLEUGER i RESISTENT A LA CORROSIÓ QUÍMICA. USOS: -En Pintures reflectants. -Aleado (Amb Al, Mb, Fe, Mn, Va, Cu ...) en avions i míssils. -En Estructures en aigua marina. Cirurgia: implants, pírcings ... Niti. Aliatge de Níquel i Titani, de propietats metàl·liques. El seu principal avantatge és que té una gran elasticitat i retorna a la seva forma original amb gran exactitud. Liquidmetal / VITRELOY Aliatges metàl·lics (Zirconio, Beril·li, Titani, Coure ....) D'estructura amorfa. Combinen les propietats dels metalls i els plàstics (elasticitat i duresa) ESCUMA DE COURE Estructura d'escuma recoberta de coure. Superaliatges Aliatges dissenyades per suportar grans temperatures, prestant servei en llocs extrems: motors a reacció, turbines, aeroespacial. A base de níquel i cobalt. -estructures laminars d'alumini. -coure i carboni epoxi. -ferro amb tractaments radioactius de neutrons. ALUMINA TRANSPARENT: és tres vegades més fort que l'acer i transparent. Metalls amorfs (També anomenat vidres metàl·lics) Es tracta de metalls amb una estructura atòmica desordenada. el material pot absorbir i dispersar l'energia dels impactes molt millor que els metalls tradicionals, tenen propietats electròniques que milloren l'eficiència de les xarxes d'energia fins a un 40%, estalviant-nos milers de tones d'emissions de combustibles fòssils.. 21.

(22) II.B MATERIALS SUPERCONDUCTORS Són materials que tracten de conduir l'electricitat de manera perfecta, és a dir, amb resistència zero. (S'aconsegueix sent diamagnètic, és a dir repel·lint els camps magnètics interns) La superconductivitat ocorre en diferents tipus de materials: Alumini o estany, aliatges metàl·lics Niobi + Estany, semiconductors molt dopats, compostos ceràmics amb capes d'oxigen o coure, Requereix, en tot cas, temperatures baixíssimes: congelats a Helio líquid (-272ºC) ÚS: -Electroimanes Molt potents (acceleradors, separadors magnètics precisos, ressonància magnètica nuclear ...) -Trens Flotants -Circuits Digitals de precisió. Nota: S'està treballant en MATERIALS SUPERCONDUCTORS D'ALTA TEMPERATURA (Temperatures de nitrogen líquid, -196ºC), la qual cosa ha abaratit el preu de l'ús d'aquests materials. Són cuprats. Si ho aconsegueix es podrien usar en un amplíssim rang d'aplicacions elèctriques i electròniques.. 22.

(23) II.C NOUS PLÀSTICS KEVLAR És una poliamida (poliparafenileno tereftalamida), aramida del grup dels nylons. Polímer cristal·lí altament estable, dur i resistent. USOS -equips esportius de precisió (cordes, esquís, caiacs, ...) -chalecos i proteccions antibala. DYNEEMA Fibra sintètica de PE de pes molecular ultraalto. Fins a un 40% més fort que el Kevlar, l'està substituint en els seus usos. SPECTRA Nova fibra sintètica de PE, usada també en armilles antibala, estructures .... MYLAR És un film de polièster de excepcionals característiques. PLÀSTICS DE VIDRE LÍQUID. Pel·lícules de polièsters aromàtics amb propietats millorades per a l'envasament d'aliments. EMFiT Aquest plàstic flexible converteix l'energia mecànica en electricitat. Com els piezoelèctrics, però basat en un altre principi físic.. 23.

(24) NOUS PLÀSTICS POLÍMERS ORGÀNICS (PLÀSTICS) CONDUCTORS DE L'ELECTRICITAT Són un polímers orgànics (tipus plàstics) els quals es dopen amb altres substàncies, de manera similar als semiconductors, que augmenten la seva conductivitat elèctrica. Ex: poliacetileno dopat amb iode. Polianilinas, polipirrol, politiofeno Interès: presenten millor conductivitat que el coure, amb un pes molt menor, resultant interessants en transports, indústria, músculs artificials .... POLÍMERS ORGÀNICS (PLÀSTICS) SEMICONDUCTORES DE L'ELECTRICITAT De manera semblant, també hi ha interès a crear elements semiconductors a partir de polímers orgànics, que puguin substituir els xips de silici i germani en l'electrònica. Interès: LEDs orgànics, Transistors orgànics .... 24.

(25) II.D BIOPOLÍMERS / BIOPLÀSTICS Polímers plàstics d'origen natural: fets a partir de proteïnes, polisacàrids, lípids ... fabricats a partir d'éssers vius (cultius com blat, blat de moro, mol·luscs ...) i amb caràcter biodegradable. Ex PLA (polilactato de residus de palla, tiges de blat de moro ...) (Ingeo) Ex. Fasal (tipus plàstic, a base de fusta i residus vegetals) Ex. Plasticana (plàstic de cànem i vinil) Ex. Fibra de soja. Ex. Traysrenew (polilactato biodegradable + fibres de cànem i lli). 25.

(26) II.E COMPOSITES (matriu de resina i fibres) Parlem d'un material compost per: 1.MATRIZ polimèrica, RESINA, tipus epoxy o polièster. 2.FIBRAS polimèriques ESPECÍFIQUES. -Fibra DE VIDRE: vidre en fibra. -Fibra DE CARBONI: Fibres polimèriques de carboni -ALTRES: FIBRA DE BASALT FIBRES polimèriques ORGÀNIQUES PLÀSTIQUES (Kevlar, Dyneema ....) Propietats: Alta resistència mecànica. del compost Lleuger. Aïllant tèrmic, elèctric i sonor. Molt resistent a l'entorn (àcids, calor, foc ...) USOS: -Parts De vehicles: aeronàutica, aeroespacial, automòbil, motos, bicicletes .... -Estructures I peces especialitzades, lleugeres i resistents (vaixells, caiacs, taules surf, tunning, ala delta, canyes de pescar, mobles ...) -teixits tèxtils ignífugs i aïllants. * ALTRES COMPOSITES: -ceràmiques Reforçades: MATRIU ceràmica + Fibres (SiC). 26.

(27) COMPOSITES. Ex Fortadur (vidre amb fibres de carboni i de silici) Fotos: abcpedia.com. Fotos: wohen.pege.org. Fotos: istockphoto.com Fotos: disenoart.com. 25.

(28) II.F grafè El grafè és un al·lòtrop 2-dimensional cristal·lí del carboni i pot ser descrit com una capa d'un àtom de gruix de grafit. És fort, lleuger, gairebé transparent i un excel·lent conductor de calor i electricitat amb propietats úniques. Pot tenir les següents formes: 1 capa, 2 capes, nanocintas, nanotubs, grafè 3D (forma de bresca d'abella). Les seves possibles aplicacions són moltes. Els nanotubs de carboni en concret són estructures tubulars amb diàmetres a nanoescala (10-9): Un milió de vegades més petit que 1 mil·límetre!). Es fan amb pocs àtoms units, generalment de carboni (però també poden ser de silici, nitrur de bor ...) USOS: El seu interès rau en -fer estructures diminutes, però robustes i precises, que poden ser contenidors. -part de fibres -petits, conductors elèctrics molt resistents, generadors elèctrics. 26 Fotos: wikipedia.org.

(29) II.G Metamaterials Els metamaterials són materials artificials que deriven les seves propietats de les seves estructures, dissenyades de forma molt precisa. Estan usualment conformats en patrons de repetició microscòpics amb alta precisió en la seva forma, geometria, mida, orientació i disposició La seva geometria afecta les ones de llum (radiació electromagnètica) o el so d'una manera no observada en materials naturals. ex. invisibilitat so ex. invisibilitat llum ex. superconductors * No obstant això, són conjunts de diversos elements individuals formats de materials convencionals com ara metalls o plàstics. Foto: extremetech.com http://interestingengineering.com. http://interestingengineering.com/10-futuristic-26 materials-you-should-know-about/.

(30) II.h MATERIALS INTEL·LIGENTS, ACTIUS Són materials capaços de canviar segons les condicions de l'entorn. reaccionant química o físicament. Són aplicables en qualsevol àmbit (construcció, vehicles, tèxtils ...) Tenim així materials: -capaces de reparar-se a si mateixos, -replicarse, -desprender alguna substància que contenen en algun moment -iluminarse o obscurecerse segons la llum de l'entorn -endurecerse o estovar segons les condicions de pressió. -autodestruirse en algun moment concret. Ex. PCM (Phase-changing materials), com la parafina, absorbeixen i cedeixen calor al canviar d'estat, regulant la temperatura. La parafina es microencapsula en pintures per a parets, o en panells per empaquetar aliments ...). 30.

(31) II.I NOUS MATERIALS en construcció Climalit (Doble vidre): Són dues capes de vidre separades per una cambra d'aire. Resulta ser aïllant acústic i tèrmic. Ej.Climalit 4-6-4 (capa de vidre de 4 mm, cambra d'aire de 6 mm i una altra capa de vidre de 4 mm). Vidre temperat: És un procés de seguretat: se sotmet el vidre a un gran escalfament i un refredament molt ràpid. El resultat és que dóna major resistència a cops i, en cas de trencament, trenca en trossos minúsculs. ' Pavés: maó translúcid de vidre. Aïllant tèrmic i acústic, estètic resistent a cops i al medi. S'usa com lluerna i separador d'ambients. Silestone: Pedres sintètiques per a bancs de cuina (cristalls de quars en una matriu plàstica). Propietats idònies per a superfícies de cuina i bany. Substitueix el granit i al marbre. Sòls laminats: Capes de melamina amb una impressió fotogràfica de superfície que imita fusta o ceràmics ..., amb unes propietats excepcionals per al seu ús. Pladur:Taulers multicapa (guix central + 2 cel·luloses). Segons variacions poden presentar resistència al foc, a l'aigua, aïllant ... .Ús: obra interior.. –. 31.

(32) La construcció de nous materials Identifica els següents materials: Climalit Vidre temperat Pavés Silestone Pis laminat Pladur. http://badajoz.comprarentuciudad.com. https://caosenreformas5.wordpress.com. 30.

(33) II.J POROSOS MATERIALS 1) PANELLS FARCITS DE GAS (GLFPs) on làmines de polímers plàstics farcides de gasos de baixa conductivitat (argó, criptó, xenó ...) altament aïllants (construcció, refrigeració ...). 2) PANELLS FARCITS DE ESCUMA FFH (Foam-filled honeycomb). Panells a força d'hexàgons farcits d'escumes. Resisteixen la deformació.. Fotos: http://gfp.lbl.gov/. http://greensource.construction.com/products/201 1/1107_Product-2.asp. http://www.virginia.edu/ms/researc h/wadley/thermal-management.html. 31.

(34) (Porosos) 3) aerogels Són uns materials lleugers, compostos de més del 96% d'aire, en una matriu de sílice o un altre material com gels líquids d'alúmina, òxid de crom, òxid d'estany o carboni. Propietats: -Molt Aïllant -Ultraligeros -Molt Resistents USOS. -Aïllaments. -tèxtils. ex. material: roba de Absolute ZERO Matrius aerogel de vidre. Material porós 99,8% és el millor aïllament tèrmic i material més lleuger. equip utilitzat en ambients hostils (polar, espai ...) EX. Nanogel 97% porós, 3% de silici amorf és un aïllant. S'utilitza entre els panells de vidre.. http://www.wou.edu. 32.

(35) II.k MATERIALS ECOLÒGICS Els problemes mediambientals estan duent a substituir els productes tradicionals per productes amb característiques ecològiques: -Biodegradables / No contaminants -Reciclable / Reutilitzable -realitzats Amb materials reciclats. -Ahorrador D'energia -Productes Amb garantia d'orígen respectuosa amb el mediambient. -Productes "Orgànics", amb matèries naturals en comptes de sintètiques. -Productes Sostenibles: permeten cicles futurs de la natura. - (...) -Nous Productes químics que netegen la contaminació, catalitzen reaccions de neteja, segresten partícules contaminants, etc ...) ex. Filtres carregats: electretes ex. Filtres catalítics: metalls pesants (Pt, Pd), desintegren gasos nocius ex. Catalitzadors específics per contaminació de rius ..... I això en tots els àmbits: construcció, transport, combustibles, envasat, pintures, ... 33.

(36) Martell Velvet, estora de vidre, taula d'argila Edificis de ras, cotó guerra Pistola Candy, la pau dels homes, ... triar els materials fins que triem 34.

(37)