UD 2 NUEVOS MATERIALES 4ESO CAST 15 16

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(1)MATERIALES I-PROPIEDADES DE MATERIALES.. II-NUEVOS MATERIALES. Luis García Molina. I.E.S. Serra Perenxisa (Torrente). 1.

(2) Materiales ...: I. PROPIEDADES. 2.

(3) Cada objeto que diseñamos y construímos necesita estar hecho de un material que le aporte unas características adecuadas a su uso. Cada material tiene unas propiedades propias, que lo hacen adecuado o inadecuado para diferentes usos. El mismo material puede ser idóneo para uno uso, y un terrible error para otro. Sin embargo eso no quiere decir que sólo podamos fabricar un objeto con un solo tipo de material. Cada objeto puede ser fabricado con diferentes materiales, pero éstos han de tener propiedades similares. Como futuros diseñadores, ingenieros, técnicos, operarios, vendedores o compradores, tenemos que conocer las propiedades de los materiales, para tomar buenas decisiones. TIPOS DE PROPIEDADES: A.FÍSICAS A.1 MECÁNICAS A.2 CONDUCTIVIDADES A.3 CALORÍFICAS B.QUÍMICAS C.ECONÓMICAS D.ECOLÓGICAS E.HUMANAS. D.ECOLOGICAS E.HUMANAS.. 12.

(4) A.1) PROPIEDADES FISICAS mecánicas •. ELASTICIDAD: Es la capacidad de un cuerpo de poder deformarse ante una fuerza y recuperar la forma original tras cesar la fuerza que lo deformaba.. fuerza – PLASTICIDAD: Es un cuerpo con elasticidad media: recupera parte de la forma y adquiere deformaciones permanentes. fuerza – RIGIDEZ: Es un cuerpo con elasticidad muy baja: no se deforma. fuerza. 4.

(5) A.1) PROPIEDADES FISICAS mecánicas •. MALEABILIDAD: Propiedad de poder hacerse láminas si pasa por rodillos.. •. DUCTILIDAD: Propiedad de estirarse en hilos.. 5.

(6) A.1) PROPIEDADES FISICAS mecánicas •. DUREZA: Capacidad de un cuerpo de poder rayar a otro.. •. RESISTENCIA MECÁNICA: Capacidad de soportar grandes esfuerzos contínuos.. •. TENACIDAD: Capacidad de soportar golpes secos.. – FRAGILIDAD: Baja tenacidad.. 6.

(7) A.2) PROPIEDADES FISICAS: conductividades •. CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA: la capacidad de transmitir la corriente eléctrica.. •. CONDUCTIVIDAD LUMÍNICA: Capacidad de transmitir la luz.. •. CONDUCTIVIDAD TÉRMICA: Capacidad de transmitir el calor.. •. CONDUCTIVIDAD ACÚSTICA: Capacidad de transmitir el sonido.. •. CONDUCTIVIDAD DE LÍQUIDOS (permeabilidad) : Capacidad de dejar pasar líquidos a su través – –. •. POWER LIGHT HEAT SOUND LIQUID. Porosidad: capacidad de absorber y retener líquidos. Solubilidad: capacidad de disolverse completamente en agua.. A.3) PROPIEDADES FISICAS: del calor. DILATABILIDAD: Capacidad de aumentar su volumen con el calor y contraerse con el frío.. 16.

(8) A.3) PHYSICAL PROPERTIES: States. condensability. evaporability solidificability. sublimability. cold. heat liquibility. solidificability. •. FUSIBILIDAD: Capacidad de pasar de sólido a estado líquido con el calor Solidificabilidad: lo contrario. •. EVAPORABILIDAD: Capacidad de pasar a de líquido a gas. Condensabilidad: lo contrario. •. SUBLIMABILIDAD: Capacidad de pasar a de sólido a gas. Solidificabilidad: lo contrario 18.

(9) actividad.1 A) PROPIEDADES FISICAS (A.1): mecánicas Vamos a analizar las propiedades físicas mecánicas de los materiales: COMPLETA LA SIGUIENTE TABLA pensando en una muestra modélica del material preparado para su uso. ELASTICIDAD Pétreos. MALEABILIDAD. DUCTILIDAD. DUREZA. RESISTENCIA. TENACIDAD. Piedras Áridos Cerámicos Vidrio. Metales Maderas Textiles. Naturales Sintéticos. Plásticos. 9.

(10) actividad.2 A) PROPIEDADES FISICAS (A.2): conductividades Vamos a analizar las propiedades físicas de las conductividades de los materiales: COMPLETA LA SIGUIENTE TABLA pensando en una muestra modélica del material preparado para su uso. Conducividad ELÉCTRICA Pétreos. Conducividad LUMÍNICA. Conducividad TÉRMICA. Conducividad ACÚSTICA. Conducividad de LÍQUIDOS. Piedras Áridos Cerámicos Vidrio. Metales Maderas Textiles. Naturales Sintéticos. Plásticos. 10.

(11) •. B) PROPIEDADES QUÍMICAS. OXIDABILIDAD: Es la capacidad de un cuerpo de combinarse con el oxígeno del aire para forma óxidos.. – COMBUSTIBILIDAD: Es la capacidad extrema de la oxidación. Reacciona tanto que se quema y suelta mucha energía de golpe.. 11.

(12) actividad.3. A) PROPIEDADES FISICAS (A.3): del calor. Vamos a analizar las propiedades físicas mecánicas de los materiales: COMPLETA LA SIGUIENTE TABLA:. DILATABILIDAD Pétreos. FUSIBILIDAD. EVAPORABILIDAD. Piedras Áridos Cerámicos Vidrio. Metales Maderas Textiles. Naturales Sintéticos. Plásticos. 12.

(13) actividad.4. B) PROPIEDADES QUÍMICAS. Vamos a analizar las propiedades físicas mecánicas de los materiales: COMPLETA LA SIGUIENTE TABLA:. OXIDABILIDAD Pétreos. COMBUSTIBILIAD. Piedras Áridos Cerámicos Vidrio. Metales Maderas Textiles. Naturales Sintéticos. Plásticos. 13.

(14) C1) PROPIEDADES ECONÓMICAS •. Las propiedades económicas son todas aquellas referidas al mercado (lugar donde fabricantes y consumidores interaccionan. – – –. COSTE DE PRODUCCIÓN PRECIO DE VENTA ESTABILIDAD-DURACIÓN. C2) PROPIEDADES MEDIOAMBIENTALES •. Las propiedades ecológicas son aquellas características del material en relación con el nivel de impacto en el medioambiente. – – – – – – –. RECICLABILIDAD. REUTILIZABILIDAD. BIODEGRADABILIDAD. IMPACTO MEDIOAMBIENTAL EN SU OBTENCIÓN. TOXICIDAD. SOSTENIBILIDAD RENOVABILIDAD. C3) PROPIEDADES HUMANAS •. Las propiedades humanas son aquellas que tienen que ver directamente con los seres humanos, desde sus gustos hasta su seguridad. – – – – –. Incluye las propiedades ecológicas, dado que formamos parte del ecosistema. SEGURIDAD (PELIGRO PARA NIÑOS, TOXICIDAD) ERGONOMÍA JUSTICIA ESTÉTICA.. 14.

(15) actividad.5 C. PROPIEDADES ECONÓMICAS, MEDIOAMBIENTALES, HUMANAS Vamos a analizar las propiedades físicas mecánicas de los materiales: COMPLETA LA SIGUIENTE TABLA:. PRECIO DE VENTA Pétreos. RECICLABILIDAD. BIODEGRADABILIDAD. IMPACTO DE OBTENCIÓN. RENOVABILIDAD. JUSTICIA. ESTÉTICA. Piedras Áridos Cerámicos Vidrio. Metales Maderas Textiles. Naturales Sintéticos. 15.

(16) ELECCIÓN DE MATERIALES EN EL DISEÑO DE PRODUCTOS Cuando diseñamos productos tenemos que pensar de qué material o materiales estará hecho. Para elegir el material tenemos que pensar qué tipo de propiedades pensamos que tiene que tener.. Por ejemplo, pensemos en las propiedades que debería tener el material para hacer una mesa: (ver tabla de la diapositiva siguiente). 16.

(17) TIPO. Análisis de los grados de las propiedades para el material para hacer una mesa:. FÍSICAS. MECÁNICAS. CONDUCTIVIDADES. DEL CALOR. PROPIEDAD. NIVEL. Elasticidad (plasticidad) (rigidez). BAJO. Maleabilidad. BAJO. Ductilidad. BAJO. Dureza. ALTO. Resistencia mecánica. ALTO. Tenacidad. ALTO. Eléctrica. BAJA. Térmica. BAJA. Lumínica. No importa. Acústica. No importa. De líquidos. BAJO. Dilatabilidad. BAJO. Fusibilidad. BAJO. Evaporabilidad. BAJO. 17.

(18) TIPO. ACTIVIDAD 6:. FÍSICAS. PROPIEDAD MECÁNICAS. Actividad.5. Elasticidad (plasticidad) (rigidez). Haz un análisis de los grados de las propiedades para el material para hacer. Maleabilidad. a) b) c) d) e). Tenacidad. un sofá. Un martillo Un horno Una ventana El gancho de una grúa.. NIVEL. Ductilidad Dureza Resistencia mecánica. CONDUCTIVIDADES. Eléctrica Térmica Lumínica Acústica De líquidos. DEL CALOR. Dilatabilidad Fusibilidad Evaporabilidad. 18.

(19) actividad0.6 INTERNET: Visite el sitio web · enciclopedia web "Wikipedia". Buscar en la lista de "Física" e investiga 2 o 3 que le interesan: Buscar en la lista de "Propiedades químicas" e investiga 2 o 3 que le interesan: Buscar en la lista de "propiedades ecológicas" e investiga 2 o 3 que le interesan: :. 17.

(20) II.A-NUEVO METAL II.B superconductores II.C-NUEVO PLÁSTICO II.D-bioplásticos II.E-COMPOSITES II.F-NANOTUBOS II.G-METAMATERIALES. II. NUEVOS MATERIALES. II.H-MATERIALES INTELIGENTES II.I NUEVOS MATERIALES EN CONSTRUCCIÓN. II.J NUEVOS MATERIALES POROSOS II.K MATERIALES ECOLÓGICOS.. 18.

(21) II.A NUEVOS METALES Y ALEACIONES TITANIO De propiedades mecánicas tan buenas como el acero, pero MÁS LIGERO y RESISTENTE A LA CORROSIÓN QUÍMICA. USOS: -En pinturas reflectantes. -Aleado (con Al, Mb, Fe, Mn, Va, Cu…) en aviones y misiles. -En estructuras en agua marina. -Cirugía: implantes, piercings… NITI . Aleación de Níquel y Titanio, de propiedades metálicas. Su principal ventaja es que tiene una gran elasticidad y retorna a su forma original con gran exactitud. LIQUIDMETAL / VITRELOY Aleaciones metálicas (Zirconio, Berilio, Titanio, Cobre….) de estructura amorfa. Combinan las propiedades de los metales y los plásticos (elasticidad y dureza) ESPUMA DE COBRE Estructura de espuma recubierta de cobre. SUPERALEACIONES Aleaciones diseñadas para soportar grandes temperaturas, prestando servicio en lugares extremos: motores a reacción, turbinas, aeroespacial. A base de níquel y cobalto. -estructuras laminares de aluminio. -cobre y carbono epoxi. -hierro con tratamientos radioactivos de neutrones. ALUMINA TRANSPARENTE: es tres veces más fuerte que el acero y transparente. Metales amorfos (también llamado vidrios metálicos) Se trata de metales con una estructura atómica desordenada. el material puede absorber y dispersar la energía de los impactos mucho mejor que los metales tradicionales, tienen propiedades electrónicas que mejoran la eficiencia de las redes de energía hasta en un 40%, ahorrándonos miles de toneladas de emisiones de combustibles fósiles.. 21.

(22) II.B MATERIALES SUPERCONDUCTORES Son materiales que tratan de conducir la electricidad de manera perfecta, es decir, con resistencia cero. (se consigue siendo diamagnético, es decir repeliendo los campos magnéticos internos) La superconductividad ocurre en distintos tipos de materiales: Aluminio o estaño, aleaciones metálicas Niobio+Estaño, semiconductores muy dopados, compuestos cerámicos con capas de oxígeno o cobre, Requiere, en todo caso, temperaturas bajísimas: congelados en Helio líquido (-272ºC) USO: -Electroimanes muy potentes (aceleradores, separadores magnéticos precisos, resonancia magnética nuclear…) -Trenes flotantes -Circuitos digitales de precisión. Nota: Se está trabajando en MATERIALES SUPERCONDUCTORES DE ALTA TEMPERATURA (temperaturas de nitrógeno líquido, -196ºC), lo cual ha abaratado el precio del uso de estos materiales. Son cupratos. De conseguirlo se podrían usar en un amplísimo rango de aplicaciones eléctricas y electrónicas.. 22.

(23) II.C NUEVOS PLÁSTICOS KEVLAR Es una poliamida (poliparafenileno tereftalamida), aramida del grupo de los nylons. Polímero cristalino altamente estable, duro y resistente. USOS -equipos deportivos de precisión (cuerdas, esquís, kayacs,…) -chalecos y protecciones antibala. DYNEEMA Fibra sintética de PE de peso molecular ultraalto. Hasta un 40% más fuerte que el kevlar, la está sustituyendo en sus usos. SPECTRA Nueva fibra sintética de PE, usada también en chalecos antibala, estructuras…. MYLAR Es un film de poliester de excepcionales características. PLÁSTICOS DE CRISTAL LÍQUIDO. Películas de poliésteres aromáticos con propiedades mejoradas para el envasado de alimentos. EMFiT Este plástico flexible convierte la energia mecánica en electricidad. Como los piezoeléctricos, pero basado en otro principio físico.. 23.

(24) NUEVOS PLÁSTICOS POLÍMEROS ORGÁNICOS (PLÁSTICOS) CONDUCTORES DE LA ELECTRICIDAD Son un polímeros orgánicos (tipo plásticos) los cuales se dopan con otras sustancias, de manera similar a los semiconductores, que aumentan su conductividad eléctrica. Ej: Poliacetileno dopado con yodo. Polianilinas, polipirrol, politiofeno Interés: presentan mejor conductividad que el cobre, con un peso mucho menor, resultando interesantes en transportes, industria, músculos artificiales…. POLÍMEROS ORGÁNICOS (PLÁSTICOS) SEMICONDUCTORES DE LA ELECTRICIDAD De manera parecida, también hay interés en crear elementos semiconductores a partir de polímeros orgánicos, que puedan sustituir a los chips de silicio y germanio en la electrónica. Interés: LEDs orgánicos, Transistores orgánicos…. 24.

(25) II.D BIOPOLÍMEROS / BIOPLÁSTICOS Polímeros plásticos de origen natural: hechos a partir de proteínas, polisacáridos, lípidos…fabricados a partir de seres vivos (cultivos como trigo, maíz, moluscos…) y con carácter biodegradable. Ej PLA (polilactato de residuos de paja, tallos de maíz…) (Ingeo) Ej. Fasal (tipo plástico, a base de madera y residuos vegetales) Ej. Plasticana (plástico de cáñamo y vinilo) Ej. Fibra de soja. Ej. Traysrenew (polilactato biodegradable+ fibras de cáñamo y lino). 25.

(26) II.E COMPOSITES (matriz de resina y fibras) Hablamos de un material compuesto por: 1.MATRIZ POLIMÉRICA, RESINA, tipo epoxy o poliéster. 2.FIBRAS POLIMÉRICAS ESPECÍFICAS. -FIBRA DE VIDRIO: vidrio en fibra. -FIBRA DE CARBONO: Fibras políméricas de carbono -OTRAS: FIBRA DE BASALTO FIBRAS POLIMÉRICAS ORGÁNICAS PLÁSTICAS (kevlar, dyneema….) Propiedades: Alta resistencia mecánica. del compuesto Ligero. Aislante térmico, eléctrico y sonoro. Muy resistente al entorno (ácidos, calor, fuego…) USOS: -Partes de vehículos: aeronáutica, aeroespacial, automóvil, motos, bicicletas…. -Estructuras y piezas especializadas,ligeras y resistentes (barcos, kayaks, tablas surf, tunning, ala delta, cañas de pescar, muebles…) -tejidos textiles ignífugos y aislantes. *OTROS COMPOSITES: -Cerámicas reforzadas: MATRIZ cerámica + Fibras (SiC). 26.

(27) COMPOSITES. Ex Fortadur (vidrio con fibras de carbono y de silicio) Fotos: abcpedia.com. Fotos: wohen.pege.org. Fotos: istockphoto.com Fotos: disenoart.com. 25.

(28) II.F grafeno El grafeno es un alótropo 2-dimensional cristalino del carbono y puede ser descrito como una capa de un átomo de grosor de grafito. Es fuerte, ligero, casi transparente y un excelente conductor de calor y electricidad con propiedades únicas. Puede tener las siguientes formas: 1 capa, 2 capas, nanocintas, nanotubos, grafeno 3D (forma de panal de abeja). Sus posibles aplicaciones son muchas. Los nanotubos de carbono en concreto son estructuras tubulares con diámetros a nanoescala (10-9): Un millón de veces más pequeño que 1 milímetro!). Se hacen con pocos átomos unidos, generalmente de carbono (pero también pueden ser de silicio, nitruro de boro ...) USOS: Su interés radica en -hacer estructuras diminutas, pero robustas y precisas, que pueden ser contenedores. -parte de fibras -pequeños, conductores eléctricos muy resistentes, generadores eléctricos. 26 Fotos: wikipedia.org.

(29) II.G Metamateriales Los metamateriales son materiales artificiales que derivan sus propiedades de sus estructuras, diseñadas de forma muy precisa. Están usualmente conformados en patrones de repetición microscópicos con alta precisión en su forma, geometría, tamaño, orientación y disposición Su geometría afecta a las ondas de luz (radiación electromagnética) o el sonido de una manera no observada en materiales naturales. ej. invisibilidad sonido ej. invisibilidad luz ej. superconductores * Sin embargo, son conjuntos de varios elementos individuales formados de materiales convencionales tales como metales o plásticos. Foto: extremetech.com http://interestingengineering.com. http://interestingengineering.com/10-futuristic-26 materials-you-should-know-about/.

(30) II.H MATERIALES INTELIGENTES, ACTIVOS Son materiales capaces de cambiar según las condiciones del entorno. reaccionando química o físicamente. Son aplicables en cualquier ámbito (construcción, vehículos, textiles…) Tenemos así materiales: -capaces de repararse a sí mismos, -replicarse, -desprender alguna sustancia que contienen en algún momento -iluminarse u obscurecerse según la luz del entorno -endurecerse o ablandarse según las condiciones de presión. autodestruirse en algún momento concreto. Ej. PCM (Phase-changing materials), como la parafina, absorben y ceden calor al cambiar de estado, regulando la temperatura. La parafina se microencapsula en pinturas para paredes, o en paneles para empaquetar alimentos…). 30.

(31) II.I NUEVOS MATERIALES en construcción Climalit (doble acristalamiento): Son dos capas de vidrio separadas por una cámara de aire. Resulta ser aislante acústico y térmico. Ej.Climalit 4-6-4 (capa de vidrio de 4mm, cámara de aire de 6mm y otra capa de vidrio de 4mm). Vidrio templado: Es un proceso de seguridad: se somete al vidrio a un gran calentamiento y un enfriamiento muy rápido. El resultado es que da mayor resistencia a golpes y, en caso de rotura, rompe en trozos minúsculos. ´ Pavés: ladrillo translúcido de vidrio. Aislante térmico y acústico, estético resistente a golpes y al medio. Se usa como tragaluz y separador de ambientes. Silestone: Piedras sintéticas para bancos de cocina (cristales de cuarzo en una matriz plástica). Propiedades idóneas para superfícies de cocina y baño. Sustituye al granito y al mármol. Suelos laminados: Capas de melamina con una impresión fotográfica de superfície que imita madera o cerámicos… , con unas propiedades excepcionales para su uso. Pladur :Tableros multicapa (yeso central+ 2 celulosas). Según variaciones pueden presentar resistencia al fuego, al agua, aislante….USO: albañilería interior.. –. 31.

(32) La construcción de nuevos materiales Identifica los siguientes materiales: Climalit Vidrio templado Pavés Silestone Piso laminado Pladur. http://badajoz.comprarentuciudad.com. https://caosenreformas5.wordpress.com. 30.

(33) II.J POROSOS MATERIALES 1) PANELES RELLENOS DE GAS (GLFPs) on láminas de polímeros plásticos rellenas de gases de baja conductividad (argón, kriptón, xenón…) altamente aislantes (construcción, refrigeración…). 2) PANELES RELLENOS DE ESPUMA FFH (Foam-filled honeycomb). Paneles a base de hexágonos rellenos de espumas. Resisten la deformación.. 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) AEROGELES Son unos materiales ligeros, compuestos de más del 96% de aire, en una matriz de sílice u otro material como geles líquidos de alúmina, óxido de cromo, óxido de estaño o carbono. Propiedades: -Muy Aislante -Ultraligeros -Muy resistentes USOS. -Aislamientos. -textiles. ej. material: ropa de ABSOLUTe CERO Matrices aerogel de vidrio. Material poroso 99,8% es el mejor aislamiento térmico y material más ligero. equipo utilizado en ambientes hostiles (polar, espacio ...) EJ. Nanogel 97% poroso, 3% de silicio amorfo es un aislante. Se utiliza entre los paneles de vidrio. http://www.wou.edu. 32.

(35) II.K MATERIALES ECOLÓGICOS Los problemas medioambientales están llevando a sustituir los productos tradicionales por productos con características ecológicas: -Biodegradables / No contaminantes -Reciclable / reutilizable -Realizados con materiales reciclados. -Ahorrador de energía -Productos con garantía de orígen respetuosa con el mediambiente. -Productos “orgánicos” , con materias naturales en vez de sintéticas. -Productos sostenibles: permiten ciclos futuros de la naturaleza. -(…) -Nuevos productos químicos que limpian la contaminación, catalizan reacciones de limpieza, secuestran partículas contaminantes, etc…) ej. Filtros cargados: electretes ej. Filtros catalíticos: metales pesados (Pt, Pd), desintegran gases nocivos ej. Catalizadores específicos para contaminación de ríos….. Y esto en todos los ámbitos: construcción, transporte, combustibles, envasado, pinturas, … 33.

(36) Martillo Velvet, estera de vidrio, tabla de arcilla Edificios de raso, algodón guerra Pistola Candy, la paz de los hombres, ... elegir los materiales fines que elegimos 34.

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