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Plásticos y nuevos materiales 3ºESO

MATERIALES DE USO TÉCNICO: PLÁSTICOS Y NUEVOS MATERIALES

Si miras a tu alrededor, puedes ver muchos productos tecnológicos que, como ya sabes, el ser humano ha creado para satisfacer sus necesidades y mejorar su calidad de vida: prendas de vestir, aparatos electrodomésticos, medios de transporte, casas, …

Como estos productos forman parte de nuestra vida cotidiana, en ocasiones no nos detenemos en observar qué materiales se han utilizado para su fabricación viendo así que, en un mismo objeto, intervienen a la vez diversos tipos de materiales (madera, plástico, vidrio, metal, …)

Conocer las propiedades de estos materiales nos permitirá elegir los más apropiados para fabricar cada producto… ¿utilizarías hierro para hacer la carrocería del coche de Fernando Alonso?

1. MATERIAS PRIMAS, MATERIALES Y PRODUCTOS

Como ya sabes, el mármol, al igual que otras rocas, se extrae de las canteras, la lana se obtiene de las ovejas, los metales de diversos minerales, y el corcho, de la corteza del alcornoque.El mármol, la lana, los minerales,...son MATERIAS PRIMAS.“Las MATERIAS PRIMAS o primeras, son las sustancias que encontramos directamente de la naturaleza”Según su origen las materias primas se pueden clasificar en tres grupos :

Materias primas animales : lana, seda, pieles. Materias primas vegetales : madera, corcho, algodón, lino... Materias primas minerales : arena, granito, mármol...

Una vez extraídas las materias primas, se transforman mediante distintos procesos, en los distintos tipos de materiales que se utilizan para fabricar productos ( planchas de madera, vidrio, plástico,...)“Los MATERIALES se obtienen a partir de las materias primas mediante procesos industriales y sirven para fabricar productos”“Un PRODUCTO es cualquier objeto creado y diseñado por el hombre a partir de materiales para cubrir sus necesidades o mejorar su vida”Por lo tanto, los productos se fabrican a partir de distintos materiales y los materiales se obtienen a través de las materias primas, como vemos en el ejemplo:

Materia prima Material ProductoTronco del árbol Tablero de madera Mesa

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2. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES DE USO TÉCNICOLos materiales más utilizados para elaborar los productos tecnológicos son:

MATERIALES CERÁMICOS (cuyo origen es la arcilla o barro cocido)

MATERIALES PÉTREOS (rocas como el mármol, el vidrio, el yeso, la pizarra,...)

MATERIALES TEXTILES (encontramos tejidos naturales, como la lana o el algodón, y artificiales, como el nylon y la lycra)

MADERA (se obtiene del tronco de los árboles y las estudiaremos con más detalle a lo largo de la unidad)

LOS METALES ( Se obtienen de los minerales que forman algunas rocas): - Férricos: (hierro, acero y

fundición)- No férricos: (cobre, bronce,

aluminio,...)

PLÁSTICOS (en su origen se obtenían de sustancias naturales mientras que en la actualidad son subproductos del petróleo)

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3. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

“Las PROPIEDADES de un material son el conjunto de características que hacen que se comporte de una determinada manera ante fenómenos externos como la luz, el calor, fuerzas, electricidad...”

Las propiedades de los materiales se clasifican en: Propiedades físicas:

- Densidad: Es la relación entre la masa de un material y su volumen. La densidad de los plásticos es bastante baja mientras que la densidad del acero es elevada.

- Conductividad eléctrica: Es la capacidad de los materiales de permitir o no el paso de la corriente eléctrica. Hay dos tipos de materiales: aislantes eléctricos (no permiten el paso de corriente, como el plástico o la madera) y conductores eléctricos (si lo permiten, como los metales).

- Conductividad acústica: Es la capacidad de un material para conducir o no el sonido. Algunos plásticos, la fibra de vidrio y el corcho son aislantes del sonido. Los metales, en cambio, son buenos conductores del sonido.

Propiedades térmicas: Existen tres propiedades relacionadas con la temperatura exterior: la conductividad térmica, la dilatación y la fusión.

- Conductividad térmica: Capacidad de un material para transmitir o no el calor. Los metales son buenos conductores térmicos, mientras que la madera y los materiales plásticos son aislantes térmicos.

- Dilatación/Contracción: Es la propiedad que tienen ciertos materiales de aumentar o disminuir su volumen con la temperatura. Cuando la temperatura se eleva, el material aumenta su volumen y cuando la temperatura disminuye reduce su volumen. Por ejemplo los metales.

- Fusibilidad: Algunos materiales pueden pasar del estado sólido al líquido al elevar la temperatura, como los metales; cuando estos materiales se funden pueden unirse consigo mismos o con otro material; esta unión se llama soldadura.

Propiedades ópticas: Según el comportamiento de los materiales ante la luz, nos encontramos con tres tipos de materiales: transparentes (dejan pasar totalmente la luz), translúcidos (dejan pasar parte de la luz) y opacos (no dejan pasar la luz).

Porosidad: Es la capacidad de ciertos materiales (que tienen poros) de absorber líquidos (ej. la arcilla y la madera son materiales porosos).

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Los materiales que permiten el paso de líquidos a través de ellos son materiales permeables (ej. el lino)

Propiedades mecánicas: - Dureza: Es la resistencia de un material a ser rayado. Según la escala de Mohs,

el material más duro es el diamante y el más blando el talco.- Tenacidad/Fragilidad: La tenacidad es la resistencia de un material a

romperse cuando es golpeado ( ej. el metal). La fragilidad es la propiedad contraria (ej. el vidrio).

- Maleabilidad: Capacidad de un material para deformarse en forma de láminas (ej.- alumnio)

- Ductilidad: Capacidad de un material para deformarse en forma de hilos (ej.- cobre)

- Elasticidad/Plasticidad: La elasticidad es la capacidad de un material de recuperar su forma original cuando cesa la fuerza que lo deforma (ej. algunos plásticos como el caucho son elásticos). La plasticidad es la capacidad de un material de adquirir deformaciones permanentes (ej. la arcilla).

- Resistencia mecánica: Es la resistencia a la rotura que presenta un cuerpo ante fuerzas externas.

Propiedades químicas: - Oxidación y corrosión: Es la propiedad que ciertos materiales sufren cuando

están en contacto con el oxígeno del aire o del agua. Los metales son muy sensibles a la oxidación y a la corrosión.

4. PLÁSTICOS4.1. Definición

Los plásticos son un conjunto de materiales de origen orgánico y de elevado peso molecular. Están compuestos fundamentalmente de carbono y otros elementos como el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno o el azufre. A estos compuestos se les denomina polímeros.

Polímero: macromoléculas, moléculas de gran tamaño formadas a su vez por otras más pequeñas y sencillas que se repiten constantemente.

Según su procedencia se clasifican en:

Naturales (artificiales): Se obtienen de materias primas vegetales (celulosa, celofán, látex) o animales (caseína, una de las principales proteínas de la leche de vaca).

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Sintéticos: se elaboran a partir de compuestos derivados del petróleo, el gas natral, o el carbón. La mayoría de los plásticos pertenecen a este grupo.

4.2. Propiedades Son materiales ligeros. Resistencia mecánica aceptable. Fáciles de trabajar y moldear. Buena presencia estética. Coste de producción más bajo que en otros productos. Conducen mal la electricidad y el calor. Tienen baja temperatura de fusión. Resistencia química y atmosférica. Variedad, forma, color, textura, apariencia.

4.3. Obtención de los plásticosLas grandes moléculas que componen los polímeros se forman a partir de la unión de otras moléculas más pequeñas denominadas monómeros. Los monómeros constituyen las unidades estructurales de estos materiales, de forma que podemos considerar el polímero como una larga cadena cuyos eslabones son los monómeros.El proceso mediante el cual los monómeros se unen entre sí para formar el polímero recibe el nombre de polimeración.

Monómero: etileno Polímero: polietileno

En su fabricación se les añaden cargas (fibra de vidrio, textiles, papel, polvo mineral, etc.) que además de reducir el coste de producción, potencian algunas propiedades de la materia prima o del compuesto inicial o aditivos (sustancias químicas) como por ejemplo, plastificantes para incrementar la flexibilidad y resistencia del polímero, o pigmentos colorantes, para aportarles un color determinado.

4.4. Clasificación de los plásticos

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Según su estructura, existen tres tipos de plásticos: termoplásticos, termoestables y elastómeros.

4.4.1. Termoplásticos. Son los plásticos más utilizados. Sus macromoléculas están dispuestas libremente sin entrelazarse. Gracias a esta disposición, se reblandecen con el calor adquiriendo la forma deseada, la cual se conserva la enfriarse. Los más utilizados son:

NOMBRE PROPIEDADES APLICACIONESPVC (Cloruro de polivinilo) Amplio rango de

dureza.Impermeable.

Tuberías, suelas de zapatos, guantes, trajes impermeables, mangueras, …

Poliestireno (PS)

Duro Transparente.Pigmentable.

Filmes transparentes para embalajes, envoltorios de productos alimenticios, …

Expandido (porexpán)

Esponjoso y blando. Embalaje, envasado, aislamiento térmico y acústico.

Polietileno (PE)

Alta densidad

Rígido y resistente.Transparente.

Utensilios domésticos (cubos, recipientes, botellas,…) y juguetes.

Baja densidad

Blando y ligero.Tranparente.

Bolsas, sacos, vasos, platos, …

Metacrilato (plexiglás) Transparente. Faros y pilotos de automóviles, ventanas, carteles luminosos, gafas de protección, relojes…

Teflón (fluoro carbono) Deslizante.Antiadherente.

Utensilios de cocina (sartenes, paletas), superficies de encimeras, …Juntas de fontanería.

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Celofán Transparente (con o sin color).Flexible y resistente.Brillante y adherente.

Embalaje, envasado, empaquetado.

Nailon (PA o poliamida) Translúcido, brillante, de cualquier color. Resistente, flexible e impermeable.

Tejidos, cepillos de dientes, cuerdas de raquetas, …

4.4.2. TermoestablesSus macromoléculas se entrecruzan formando una red de malla cerrada. Esta disposición no permite nuevos cambios de forma mediante calor o presión: solo se puede deformar una vez. En general, presentan una superficie dura y muy resistente pero son más frágiles que los termoplásticos.Los más utilizados son:

NOMBRE PROPIEDADES APLICACIONESPoliuretano (PUR) Esponjoso y flexible.

Blando y macizo.Elástico y adherente.

Espuma para colchones y asientos, esponjas, aislamientos térmicos, correas para transmisión de movimiento, ruedas de fricción, pegamentos y barnices.

Resinas fenólicas (PH): baquelitas

Con fibras de vidrio, resistentes al choque.Con amianto, termo resistentes.Color negro muy oscuro.Aislantes eléctricos.

Mangos y asas de utensilios de cocina, ruedas dentadas, carcasas de electrodomésticos, aspiradores, aparatos de teléfono, enchufes, interruptores, ceniceros, …

Melamina Ligero.Resistente y de considerable dureza.Sin olor ni sabor.Aislante térmico.

Accesorios eléctricos, aislamiento térmico y acústico, encimeras de cocina, vajillas, recipientes para alimentos.

4.4.3. Elastómeros

Se obtienen por vulcanización, que consiste en mezclar azufre y caucho a 160º con lo cual el caucho adquiere propiedades elásticas. Sus macromoléculas

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se ordenan en forma de red de malla con pocos enlaces. Esta disposición permite obtener plásticos de gran elasticidad que recuperan su forma y dimensiones cuando deja de actuar sobre ellos una fuerza.

NOMBRE OBTENCIÓN PROPIEDADES APLICACIONESCaucho natural

Látex Resistente. Inerte Aislamiento térmico y eléctrico, colchones, neumáticos, …

Caucho sintético

Derivados del petróleo.

Resistente a agentes químicos.

Neumáticos, volantes, parachoques, pavimentos, tuberías, mangueras, esponjas de baño, guantes, colchones, …

Neopreno Caucho sintético

Mejora las propiedades del caucho sintético: es más duro y resistente. Impermeable.

Trajes de inmersión, juntas, mangueras, guantes, …

4.5.Técnicas de conformaciónLos materiales plásticos que se obtienen industrialmente se presentan en diferentes formas: polvo, gránulos, resinas,… Estos materiales se someten posteriormente a técnicas de conformación, que varían según las aplicaciones. Presentamos a continuación las más destacadas:

NOMBRE DESCRIPCIÓN APLICACIONES

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Extrusión. Consiste en empujar una masa plástica a través de una abertura que tiene una forma determinada.

Se emplea para fabricar barras, tubos, perfiles, marcos de puertas y ventanas, etc.

Calandrado. Consiste en hacer pasar el material termoplástico, procedente del proceso de extrusión, entre unos cilindros o rodillos giratorios, con el fin de obtener láminas y planchas continuas.

Para obtener láminas y planchas continua.

Conformado al vacío.

El material termoplástico se sujeta en un molde y se calienta con un radiador para ablandarlo. A continuación se succiona el aire que hay debajo de la lámina, haciendo vacío, de modo que el material se adapte a las paredes del molde y tome la forma deseada. Se deja enfriar y se extrae del molde.

Se emplea para sanitarios, salpicaderos de coches, hueveras, etc.

Moldeo por extrusión y soplado.

Consiste en realizar una extrusión del material termoplástico dentro de un molde y después introducir aire a presión, lo que obliga a adaptarse a las paredes del molde, adoptando su forma y convirtiéndose en un cuerpo hueco.

Se emplea para fabricar cuerpos huecos como, por ejemplo, las botellas.

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Moldeo por inyección.

Consiste en realizar una extrusión del material termoplástico en el interior de un molde formado por dos partes que encajan entre sí.

Se emplea para fabricar carcasas, cubos, etc.

Moldeo por compresión.

Se introduce el material termoestable en forma de polvo o gránulos en un molde hembra. Se comprime con un contra molde macho, mientras un sistema de recalentamiento ablanda el material para hacerlo maleable. El material adopta la forma de la cavidad de ambos moldes.

Recipientes para distintos productos y carcasas de máquinas y electrodomésticos.

4.6.Técnicas de manipulación

Son aquellas que se llevan a cabo con herramientas y máquinas a partir de materiales prefabricados como planchas, barras y perfiles. Las más destacadas son:

Corte: se pueden utilizar herramientas manuales (tijeras, cúter, punta de acero, segueta) o máquinas-herramientas (sierra de calar, prensa o troquel, hilo metálico caliente).

Perforado: se suele utilizar la taladradora. Desbastado o afinado: se suelen utilizar la lima, para materiales duros, y la

escofina, para materiales blandos.

4.7.Tipos de uniones

Una vez manipulados, los materiales plásticos se pueden juntar mediante uniones desmontables o fijas:

Uniones móviles: las partes unidas se pueden mover unas con respecto a las otras, dentro de los límites establecidos, ejemplo bisagras.

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Uniones fijas: Las partes unidas no se pueden mover unas con respecto a las otras. Dentro de cada uno de estos tipos podemos diferenciar.

o Permanentes las piezas no se pueden separar sin que se produzca la ruptura o el deterioro de alguna de las partes. Los plásticos se unen mediante adhesivos (resinas de dos componentes, cemento acrílico y adhesivos de contacto) o mediante soldadura.

o Desmontables: se pueden deshacer sin destruir ni el elemento de enlace ni las piezas unidas. Todas las piezas pueden utilizarse de nuevo. Ejemplo: tornillos.

4.8.Propiedades ecológicasDependen en gran medida de su composición y el proceso industrial seguido para fabricarlos.Algunos pueden ser sometidos a un reciclaje químico para recuperar los constituyentes originales y obtener materiales nuevos. Este proceso exige una labor previa de selección y de separación de los distintos tipos de plásticos que resulta muy costoso. Otros plásticos como las botellas de PVC, las piezas de los automóviles o las carcasas de los electrodomésticos son sometidas a un reciclaje mecánico, en el cuál, se trituran hasta obtener gránulos que se usarán para fabricar nuevos plásticos o se mezclan para producir un material compuesto por varios plásticos (aglomerado).

El reciclaje mecánico es un procedimiento que sólo puede ser utilizado para plásticos termoplásticos. Simplificando mucho, este tipo de reciclado consiste en separar los plásticos según su tipo, lavarlo, triturarlo y volverlo a introducir en la cadena de fabricado de plásticos. Este tipo de reciclado ahorra materias primas puesto que vuelve a dar nueva vida a los plásticos desechados.

Para facilitar este tipo de reciclado se utilizan unos símbolos y unos numeros que identifican el tipo de plástico de que se trata (Sistema de Identificación Americano SPI). Estos símbolos van grabados o impresos en los objetos de plástico, de esta manera se simplifica su separación y tratamiento.

Nombre Abreviatura(opcional)

Número de identificación

Polietilentereftalato PET o PETE

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Polietileno de alta densidad PEAD o HDPE

Policloruro de vinilo o Vinilo PVC o V

Polietileno de baja densidad PEBD o LDPE

Polipropileno PP

Poliestireno PS

Otros Otros

Hay también plásticos biodegradables que se descomponen de forma natural por la acción de ciertas bacterias y de ciertos agentes biológicos. El tiempo de descomposición varía según el tipo de plástico y sus características.La mayoría de los plásticos no son biodegradables y para eliminarlos se recurre a la incineración, una práctica que pese a generar un gran volumen de energía (1 Kg de plástico produce más energía que la cantidad equivalente de gasóleo), constituye un grave problema ambiental, pues contribuye a la contaminación atmosférica y a la destrucción de la capa de ozono, y a incrementar el efecto invernadero.

Conformación de plásticos

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http://www.areatecnologia.com/videos/LOS%20PLASTICOS-TECNICAS%20DE%20CONFORMACION.htm


5. NUEVOS MATERIALES

Los nuevos materiales están permitiendo fabricar de otra manera los productos que ya tenemos. Pero van mucho más allá: están abriendo las puertas de objetos y procesos de producción novedosos, más especializados, relativamente más respetuosos con el medio ambiente y, sobre todo, mucho más prácticos.

5.1.FIBRA DE CARBONOLa fibra de carbono es una fibra sintética constituida por finos filamentos de 5-10µm de diámetro y compuesta principalmente por carbono que tiene una elevada resistencia.Los átomos de carbono están unidos entre sí de modo que otorgan a la fibra alta resistencia en función de su volumen, lo que proporciona a este material alguna de sus propiedades:

- Es muy flexible- Tiene una elevada resistencia mecánica- Es frágil- Su densidad es baja- Es un buen aislante térmico- Es resistente a numerosos agentes corrosivos- Es resistente a las variaciones de temperatura y con propiedades ignífugas- Tiene un elevado precio de producción

La fibra de carbono suele combinarse con otros materiales para formar compuestos. Por ejemplo, para reforzar materiales plásticos. Así se obtienen los denominados plásticos reforzados con fibra de carbono (PRFC). Estos tienen múltiples aplicaciones:

5.2.NANOCOMPUESTOS DE CARBONOEl carbono está presente en la mayor parte de los compuestos que forman los seres vivos. Cuando varios átomos de carbono se unen se forman redes cristalinas, cuyas propiedades varían según la forma cristalina en que se encuentre; es decir, según

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como estén enlazados los átomos. Por ejemplo, el diamante y el grafito son estructuras sólidas, pero presentan propiedades muy diferentes a pesar de que ambas están constituidas exclusivamente por átomos de carbono.En la industria de los compuestos de carbono ha evolucionado mucho en los últimos años. Uno de ellos es el GRAFENO:

5.3.FIBRA ÓPTICALa fibra óptica está formada por un haz de hilos de material muy transparente capaz de transmitir haces de luz sin pérdidas.Las fibras atrapan la luz que entra en ellas y transmiten pulsos de luz (emitidos por un diodo LED o mediante láser).

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La fibra óptica presenta numerosas ventajas:- Las transmisiones de datos por fibra óptica son mucho más seguros- La información viaja a una mayor velocidad, ya que mientras que el hilo de

cobre transmite electricidad, lo que transmite la fibra óptica es luz.- El haz de luz se propaga por el interior de la fibra casi sin pérdidas.- En ausencia de electricidad y calor puede iluminar cualquier espacio- Es inmune frente a las interferencias eléctricas o electromagnéticas- Resistente al calor, al frío y a la corrosión

5.4.CRISTAL LÍQUIDOEl cristal líquido es un estado de agregación de la materia que posee algunas características propias de los líquidos y además presenta algunas propiedades ópticas propias de los sólidos.Estas propiedades hacen que sea una sustancia idónea para fabricar pantallas de cristal líquido (LCD).

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