Materiales no metálicos
Anuncio
• MATERIALS NO METà L·LICS • Els plà stics • PolÃ−mers i plà stics Plà stics n'hi ha de moltes propietats molt variades: rÃ−gids, flexibles, elà stics, transparents, opacs, etc. Cadascuna de les molècules d'etilè amb l'enllaç trencat s'anomena monòmer. La molècula en cadena formada s'anomena polÃ−mers. La molècula formada per la unió de molts monòmers d'etilè rep el nom de polietilè. Segons el seu origen els polÃ−mers poden ser classificats en naturals, artificials i sintètics: • Naturals: Cel·lulosa, cautxú... • Artificials: obtinguts per modificació dels polÃ−mers naturals, cel·luloide, galatita... • Sintètics: Obtinguts industrialment a partir dels seus components elementals polietilè, PVC, niló... Els plà stics o resines no són més que polÃ−mers orgà nics, molècules gegants formades per à toms de carboni juntament amb d'altres d'hidrogen, oxigen i en menor mesura, clor, fluor, nitrogen o silici. Propietats més o menys comuns a tots els plà stics: • Facilitat per elaborar peces acabades a partir de les matèries primeres. • Lleugeresa. • Resistència als agents atmosfèrics. • Elaboració d'objectes de plà stic Hi ha dues grans etapes: l'obtenció del plà stic a partir de les matèries primeres i la conformació del plà stic per obtenir-ne els objectes o peces definitives. La sÃ−ntesi dels polÃ−mers Són sintètics, els components elementals s'obtenen bà sicament, del gas natural, petroli i carbó. Els processos per a l'obtenció dels polÃ−mers industrials es diu polimerització, però hi ha dues formes: • Poliaddició, és el procés d'obtenció del polietilè a partir de monòmers d'etilè. • Policondensació, consisteix en fer reaccionar quÃ−micament el fenol i el formaldehid i es produeix el fenol-formaldehid, conegut com a baquelita. Processos de conformació dels polÃ−mers • Extrusió. • Emmotllament per extrusió i bufat. • Emmotllament per injecció. • Emmotllament per escumeig. La matèria primera ha de contindre un additiu escumejant, se situa dins un motlle i s'escalfa a la temperatura adequada, i per acció de la calor, el plà stic s'infla i augmenta el volum ocupant la totalitat del motlle i formant una massa sòlida, però esponjosa. 1 • Emmotllament per buit. • Emmotllament per compressió. à • Calandratge. • Estructures moleculars dels polÃ−mers Els monòmers poden estar units els uns amb els altres formant diferents estructures: • Lineal: cadenes llargues i flexibles. El polietilè, poliestirè i PVC. • Ramificació: produïda per petites reaccions quÃ−miques, i són menys resistents als esforços mecà nics. • Entrecreuada: una xarxa, i té una gran deformació sense trencar els enllaços. • Reticulada: Una xarxa tridimensional més complexa i no permet cap deformació. • Els additius Les propietats dels polÃ−mers, poden ser modificades afegint-hi substà ncies o additius. Els més comuns són: • Cà rregues: són substà ncies minerals o vegetals que milloren la resistència mecà nica i la tenacitat, i abarateixen el cost. • Plastificants: són substà ncies orgà niques que redueixen la duresa i la fragilitat dels polÃ−mers, augmentant la ductilitat i la tenacitat. • Estabilitzants: són compostos quÃ−mics que augmenten la resistència dels polÃ−mers al deteriorament per l'acció de la radiació ultraviolada i de l'oxidació. • Colorants: donen color. • IgnÃ−fugs: retardadors de flama, dificulten la inflamació. • Desemmotllans: són substà ncies que faciliten el desemmotllament de les peces de plà stic. • Lubricants: milloren el lliscament. • Propietats dels polÃ−mers Per mesurar les propietats dels polÃ−mers, s'utilitzen els assajos de tracció. Magnitud Metalls PolÃ−mers Unitats Mòdul elà stic De 48000 a 410000 De 7 a 4000 N/mm2 Resistència al trencament Fins a 4100 Fins a 100 N/mm2 Allargament < 100% Fins al 1000% --Segons la manera en que es produeix la deformació, trobem dos models de deformació: ♦ Model de deformació elà stic, la deformació es independent del temps que duri l'aplicació de l'esforç. La deformació és instantà nia i desapareix instantà niament quan l'esforç desapareix. ♦ Model de deformació viscós, la deformació es produeix progressivament mentre dura l'aplicació de l'esforç, però quan aquest no s'aplica, la deformació no desapareix. Els polÃ−mers poden tenir un model de deformació elà stic, viscós o viscoelà stic. La resistència a l'impacte dels polÃ−mers es mesura amb l'assaig del pèndol de Charpi o d'Izod. La resistència a la fatiga i el lÃ−mit de fatiga, tenen un valor menor que els metalls. La resistència a la torsió es proporcional a la de tracció i dures i es mesura igual que els metalls. 2 • Classificació dels polÃ−mers • Propietats i aplicacions dels polÃ−mers més comuns Polietilè: Barat, flexible, aïllant tèrmic i resistent a la corrosió, té baixa densitat. S'utilitza el de baixa densitat en bosses i cables elèctrics, el d'alta densitat en ampolles flexibles, tubs,... Poliestirè: Aïllant, transparent, barat, resistent a la humitat. S'utilitza d'aïllant tèrmic i acústic. Clorur de polivinil: Aïllant elèctric, resistent als à cids. S'utilitza per a canonades, cables elèctrics, ampolles d'oli i aigua, cortines... Polimetacrilat de metil: Transparent, mecanitzable, resistent als canvis de temperatures, substituït pel vidre en avions, trens i vaixells i per ulleres protectores. Tefló: Incombustible, antiadherent. S'utilitza per a aïllament de cables per a altes temperatures, cintes d'enregistrament... Niló: Resistència mecà nica, tenacitat. S'utilitza en coixinets, engranatges i mà negues... Policarbonat: Tenaç, transparent, resistent a les radiacions ultraviolades. S'utilitza per a fars, cascos de protecció, lents òptiques... Resines epoxi: Resistents als esforços mecà nics i a la corrosió, dures i barates. Resines fenòliques: Dures, rÃ−gides, resistents als productes quÃ−mics, barates. S'utilitza per a circuits impresos. Cautxú natural i sintètic (NR, SBR, NBR): Resistència a l'abrasió. S'utilitza en pneumà tics, calçat, mà negues, corretges, juntes... Poliuretà : Aïllant tèrmic, escumable. S'utilitza per l'aïllament de frigorÃ−fics i habitats, en forma d'escuma per a coixins i proteccions d'embalatges. Neoprè: Resistent a l'abrasió, a l'ozó, a la llum i als agents atmosfèrics, olis i benzines, és incombustible. S'utilitza per a revestiments de mà negues i cables, i submarinisme... Silicones: Ampli marge de temperatures d'utilització (de 100 ºC a 250 ºC), són aïllants elèctrics i antiadherents per emmotllament... • Reciclatge dels polÃ−mers • Les fustes La fusta està formada per molècules de cel·lulosa reforçades per una substà ncia polimèrica anomenada lignina. • Fusta natural S'obté d'un procés de tala i desenbrancatge. Els de fusta tova, són arbres de fulla perenne com l'avet i el pi. Els de fusta dura són arbres de fulla caduca com el roure i el faig. 3 Per determinar els diferents comportaments de la fusta es defineixen tres tipus d'eixos de simetria: longitudinal, radial i tangencial. La fusta per a que sigui aprofitable, ha de passar per un procés d'assecat, per reduir el seu grau d'humitat, a l'aire lliure o bé en forns d'aire calent. Pes de la fusta humida - pes de la fusta seca Humitat = x 100 Pes de la fusta seca La fusta quan es va assecant, pateix una contracció que fa augmentar la seva densitat i la seva resistència. La contracció per assecat depèn de la direcció. à s molt petita en longitudinal, més important en radial i encara més en direcció tangencial. La fusta més porosa absorbeix la humitat i es atacada per fongs i insectes, per evitar-ho es fan servir vernissos i pintures. • Fusta artificial ♦ Taulers de xapes (contraplacats). Encolant xapes de fusta natural en angles de 90º. à s molt resistent i molt decoratiu. ♦ Taulers de partÃ−cules (aglomerats). Formats per partÃ−cules amb una grandà ria i encolades. Són menys resistents i no suporten bé la humitat. ♦ Taulers de fibres (Tablex i DM). El tablex està format per fibres de fusta que són premsades humides i sense encolar. El DM esta premsat en sec i encolat amb resina sintètica formant là mines que després es tornen a premsar en calent. ♦ Taulers de llistons (enllistonats). Format a partir de llistons de fusta tova encolats lateralment amb resines sintètiques. ♦ Xapes naturals. S'obtenen talls tangencials del tronc utilitzant esmolades fulles, i s'obtenen amb un gruix de 1,6 i 3,2 mm. ♦ Xapes sintètiques. S'obtenen de melamina-formaldehid. • Les cerà miques Cerà mica vol dir cosa cremada, un material que requereix una cocció prèvia. Els productes d'argila cuita utilitzats en la construcció hi ha tipus com les vitrocerà miques... Les cerà miques són materials formats per combinacions d'elements metà l·lics i no metà l·lics units per enllaços iònics. • Propietats de les cerà miques Les propietats comunes a totes les cerà miques: frà gils, dures, poc resistents a la tracció, molt resistents a la compressió, baixa conductivitat tèrmica, elevada temperatura de fusió i molt baixa conductivitat elèctrica. Tenen una gran aïllament elèctric, i en l'electrònica s'utilitzen per als condensadors. Les cerà miques s'utilitzen per construir aïlladors ja que tenen una rigidesa dielèctrica molt gran. La rigidesa dielèctrica és la tensió per unitat de longitud que pot suportar un material aïllat sense que hi hagi circulació de corrent elèctric i es mesura en kV/mm. • Classificació de les cerà miques 4 Argiles Es troben fà cilment a la natura i en afegir aigua es transformen en una massa plà stica a la qual es pot donar molt fà cilment la forma desitjada. Les porcellanes contenen 50% d'argila, 25% de quars i 25% de feldespat. Hi ha dos processos molt utilitzats en la conformació d'argiles: l'extrusió i l'emmotllament en barbotina. Ciments El ciment pòrtland, el guix i la calç, en ser barrejats amb aigua donen lloc a una massa plà stica com el cas de l'argila, i després d'un cert temps pren i s'endureix. A diferència de l'argila, l'enduriment d'alguns ciments no es produeix per evaporació i cocció, sinó per complexes reaccions quÃ−miques del material amb l'aigua. Refractaris Suporten altes temperatures sense fondre's, no reaccionen quÃ−micament amb els elements i produeixen un gran aïllament tèrmic. Segons el predomini d'un componen es coneixen com a refractaris d'argila (si hi ha predomini d'alúmina), à cids (si hi predomina la sÃ−lice) o bà sics (si hi predomina la magnèsia). Vidres Materials cerà mics formats per la fusió de sÃ−lice amb altres òxids i tenen una estructura de sòlid amorf. En temp. ambients poden ser considerats lÃ−quids d'una gran viscositat, amb gran transparència, fragilitat i duresa. Vidre laminat Vidre bufat Abrasius Són materials capaços de polir, esmolar, i tallar acers, metalls, roques i altres materials durs. El material més dur és el diamant, però és car i frà gil per a moltes aplicacions, les més usuals es formen a partir de carbur de silici, alúmina fosa,... • Les fibres tèxtils Són útils per a roba de vestir, tapissats, etc. La principal aplicació és la filatura i el tissatge. • Classificació de les fibres tèxtils • Propietats i aplicacions ◊ Resistència a la tracció ◊ Elasticitat ◊ Uniformitat ◊ Higroscopicitat ◊ Aïllament tèrmic ◊ Suavitat al tacte ◊ Resistència als productes quÃ−mics 5 • Els materials compostos Estan formats per dos o més materials de composició, forma i grandà ria diferent, sense que hi hagi combinació quÃ−mica entre ells. Alguns materials compostos més utilitzats són el formigó, les resines polimèriques reforçades amb fibres i els contraplacats i emparedats. • Formigó à s un material compost per ciment pòrtland, sorra i grava. Presenta una alta resistència a la compressió, però una baixa resistència a la tracció. Per augmentar la resistència a la tracció del formigó, se li afegeix unes barres o malles d'acer, i obtenim el formigó armat. El formigó pretesat, que consisteix en sotmetre les barres d'acer a un esforç de tensió i llavors es deixa que el formigó prengui i s'endureixi, i un cop endurit, es retira l'esforç de les barres. • Resines reforçades amb fibres Són formats per fibres que aporten resistència a la tracció i rigidesa situades a l'interior d'una massa de resina polimèrica que aporta tenacitat. Les més utilitzades són la de vidre, carboni i kevlar. La de kevlar està formada per poliamida amb una estructura molecular molt rÃ−gida. • Contraplacats i emparedats Són dues tècniques d'elaboració de materials compostos que tenen com a objectiu comú l'obtenció de materials lleugers, rÃ−gids i resistents. La fusta contraplacada consisteix en encolar diferents là mines primes de fusta de tal manera que formen un angle de 90º i tindrem un material lleuger i resistent. 82 Del fruit o llavor: cotó, coco Vegetals De la tija: lli, cà nem, jute De la fulla: espart, pita D'ovelles: llana Animals De cabres: moher, caixmir De conills: angora Naturals Altres: seda, alpaca, cavall Fibres Minerals amiant Raió-cuproamoniacal 6 Artificials raió Raió-viscosa (fiabrana) Raió-acetat Poliamildes: niló, perló Sintètiques Polièsters: tergal Poliacrilonitrils Poliuretans Vidre pla Atmosfera controlada Forn Refredament Radial Tangencial Longitudinal Roure Sapel·li Castanyer Til·ler Dura Noguera Freixe Cirerer Faig Natural Pi Avet Tova Cedre Teix Xiprer Fusta Contraplacada De partÃ−cules Artificial Aglomerada Sense resina (Tablex) De fibres Enllistonada Amb resina (DM) Petroli i gas natural Refineria Energia Carbó i quitrà Indústria de plà stics Ind. especialitzades 7 Residus plà stics Granulats i pols Granulats de Combustible sòlid 1 Matèries primeres Indústria de Incineració i secundà ries transformació 34 Granulació Productes acabats Piròlisi 5 2 Plà stics usats Prod. Domèstics Agricultura, Residus Abocador Recuperació indústria de plà stic controlat Resina epoxi (Araldite) Cianocrilats Adhesius Poliacetat de vinil Poliamides (Niló) Fibres Poliesters AcrÃ−lics PolÃ−mers Resines alcÃ−diques Nitrocel·lulosa Pintures Resines epoxi Cel·lulòsics Acetat de cel·lulosa Poliuretà Polietilè de baixa densitat VinÃ−lics Polietilè d'alta densitat Termoplà stics Poliestirè Poliesters Politereftalat d'etilè Plà stics Fenòlics Termoestalbes Ureics 8 Poliuretans Elastòmers Polisiloxà Granulat de plà stic Cilindres escalfadors Là mina Objecte Emmotllat Rebava Expulsors Calefactor Là mina de plà stic Motlle Col·lector Canals d'aire d'aire A la bomba de buit Escalfador Plà stic Motlle Peça De l'extrusora Aire comprimit Motlle obert Preforma Motlle tancat Motlle obert Expulsió de la peça Granulat de plà stica Filera Tremuja Moviment Circular Cilindre calefactor Refrigeració 9
