Materiales plásticos. Tecnologías. Libro del profesor

Transcripción

1 Jesús Moreno Márquez M.ª Victoria Salazar Nicolás Araceli Isabel Sánchez Sánchez Francisco Javier Sepúlveda Irala Libro del profesor Materiales plásticos Tecnologías

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3 Materiales plásticos P R O G R A M A C I Ó N D E L A U N I D A D Objetivos 1 Conocer la procedencia y obtención, clasificación, propiedades características y variedades de los plásticos más empleados como materiales técnicos. 2 Identificar los plásticos en las aplicaciones técnicas más usuales. 3 Analizar y evaluar las propiedades que deben reunir los materiales plásticos, seleccionando los más idóneos para construir un producto. 4 Analizar las técnicas de conformación de los materiales plásticos y sus aplicaciones. 5 Conocer las técnicas de manipulación y unión de los materiales plásticos, y los criterios adecuados de seguridad. 6 Valorar el impacto medioambiental producido por la explotación, transformación y desecho de materiales plásticos. 7 Conocer los beneficios del reciclado de materiales plásticos y adquirir hábitos de consumo que permitan el ahorro de materias primas. Contenidos Conceptos Plásticos. Procedencia y obtención. Propiedades características. Clasificación. Aplicaciones. Técnicas de conformación de materiales plásticos. Técnicas de manipulación de materiales plásticos. Herramientas manuales básicas, útiles y maquinaria necesarios. Unión de materiales plásticos: desmontables y fijas. Normas de uso, seguridad e higiene en el manejo y mantenimiento de herramientas, útiles y materiales técnicos. Procedimientos Identificación de los materiales plásticos, textiles y de construcción en objetos de uso habitual. Análisis y evaluación de las propiedades que deben reunir los materiales plásticos, seleccionando los más idóneos para elaborar o construir un producto. Empleo en el aula taller de tecnología de técnicas de manipulación de materiales plásticos en la elaboración de objetos tecnológicos sencillos, aplicando las normas de uso, higiene, seguridad y control de recursos materiales. Selección y reutilización de los materiales plásticos de desecho en la fabricación de otros objetos sencillos y operadores en los proyectos del aula taller. Actitudes Predisposición a considerar de forma equilibrada los valores técnicos, funcionales y estéticos de los materiales en el diseño y elaboración de productos. Materiales plásticos 3

4 Sensibilidad ante el impacto medioambiental producido por la explotación, transformación y desecho de materiales de uso técnico, y ante la utilización abusiva e inadecuada de los recursos naturales. Predisposición a adoptar hábitos de consumo que permitan el ahorro de materias primas y materiales. Actitud positiva y creativa ante los problemas prácticos. Criterios de evaluación 1 Conocer las propiedades básicas de los plásticos como materiales técnicos. 2 Identificar los plásticos en las aplicaciones técnicas más usuales. 3 Reconocer las técnicas básicas de conformación de los materiales plásticos y la aplicación de cada una de ellas en la producción de diferentes objetos. 4 Emplear de forma correcta las técnicas básicas de manipulación y unión de los materiales plásticos, manteniendo los criterios de seguridad adecuados, y respetando las normas de uso y seguridad en el manejo de materiales y herramientas. Contenidos transversales Educación ambiental Uno de los propósitos de esta unidad consiste en que los alumnos adquieran conocimientos y destrezas técnicas y los empleen, junto con los alcanzados en otras materias, para el análisis, intervención, diseño y elaboración de objetos y sistemas tecnológicos, así como que valoren las repercusiones sociales y medioambientales que el uso de los diferentes materiales conlleva. 4

5 C O M P E T E N C I A S B Á S I C A S COMPETENCIAS 1. En el conocimiento y la interacción con el mundo físico 1.1. Conocer y comprender objetos, procesos, sistemas y entornos tecnológicos Desarrollar destrezas y habilidades para manipular objetos con precisión y seguridad Conocer y utilizar el proceso de resolución técnica de problemas y su aplicación para identificar y dar respuesta a distintas necesidades. 2. Autonomía e iniciativa personal 2.1. Fomentar el acercamiento autónomo y creativo a los problemas tecnológicos, valorando las distintas alternativas y previendo sus consecuencias. 3. Tratamiento de la información y competencia digital 3.1. Manejar la información en sus distintos formatos: verbal, numérico, simbólico o gráfico Utilizar las tecnologías de la información y la comunicación con seguridad y confianza para obtener y reportar datos y para simular situaciones y procesos tecnológicos Localizar, procesar, elaborar, almacenar y presentar información con el uso de la tecnología. 4. Social y ciudadana 4.1. Preparar a futuros ciudadanos para su participación activa en la toma fundamentada de decisiones. 6. En comunicación lingüística 6.1. Adquirir el vocabulario específico para comprender e interpretar mensajes relativos a la tecnología y a los procesos tecnológicos Utilizar la terminología adecuada para redactar informes y documentos técnicos. 7. Para aprender a aprender 7.1 Desarrollar estrategias de resolución de problemas tecnológicos mediante la obtención, el análisis y la selección de información útil para abordar un proyecto. CRITERIOS DE EVALUACIÓN 1, 2 3, AOT (pág. 16), P (pág. 17) AF , 9-11 AOT (pág. 16), P (pág. 18) 2, 4-6, 9-11 AOT (pág. 16), P (pág. 18) AF 1, 7-10, , 5 AOT (pág. 16), P (pág. 18) 1, 2 1, 2 1, 2 1, ACTIVIDADES 11 AOT (pág. 16), AI (pág. 17) P (pág. 18) AF 10, 16, 19 AI (pág. 17) AF 10, 16, 19 AI (pág. 17) 5 AF 2, 3, 5, 6, 15, 17 6, 9-12 AOT (pág. 16) AF 5 3, 4 AOT (pág. 16), AI (pág. 17), P (pág. 18) AF: Actividades finales AI: Aplicación informática AOT: Análisis de objetos tecnológicos P: Procedimientos R: Reflexiona Materiales plásticos 5

6 BIBLIOGRAFÍA ASKELAND, D. La ciencia e ingeniería de los materiales. Iberoamericana, DRIVER, W. E. Química y tecnología de los plásticos. México: CECSA, RAMOS, M. A. Ingeniería de los materiales plásticos. Madrid: Díaz de Santos, PÁGINAS WEB reportajes/reciclate/plasticos_biodegradables.aspx Web con información sobre los plásticos biodegradables. Página en la que se detalla el proceso del reciclado de los plásticos. 6

7 E S Q U E M A D E L A U N I D A D 1.1. Origen de los plásticos página Transformación de los plásticos página Propiedades páginas 6/7 RA 2 (A) 3.1. Extrusión página Calandrado página Conformado al vacío página Moldeo páginas 12/13 1. Materiales plásticos páginas 5/7 RA 3 (R) AC 1 2. Clasificación de los plásticos páginas 8/9 RA 1 (R) AC 2 3. Técnicas de conformación páginas 10/13 RA 4 (A) AC 3 4. Técnicas de manipulación página 14 AC 4 5. Uniones página 15 AC 4 ANÁLISIS DE OBJETOS TECNOLÓGICOS Objetos elaborados con materiales plásticos página Plásticos termoplásticos página Plásticos termoestables página Elastómeros página Uniones desmontables página Uniones fijas página 15 APLICACIÓN INFORMÁTICA Búsqueda de información y elaboración de tablas página 17 PROCEDIMIENTOS Trabajar con plásticos páginas 18/19 IDEAS CLARAS página 20 RA 5 (R) PROYECTOS Construcción de sólidos irregulares de poliestireno ACTIVIDADES páginas 21 RA Refuerzo (R) y Ampliación (A) AC Adaptación curricular Materiales plásticos 7

8 S U G E R E N C I A S D I D Á C T I C A S En esta unidad se estudian las diferentes clases de materiales de uso técnico, como son los plásticos, los textiles, los pétreos y los cerámicos. Se inicia la unidad con la mención de los tipos de plásticos más utilizados en la industria, sus propiedades y las aplicaciones características de cada uno de ellos. La fabricación de diversos objetos de plástico y de materiales prefabricados se lleva a cabo mediante unas técnicas de conformación que requieren un reducido número de operaciones y suponen muy poco desperdicio de material. En algunos casos se emplean técnicas de manipulación, corte, limado y perforado, a partir de materiales prefabricados, como láminas, planchas, barras, tubos y perfiles. Durante el desarrollo de estas operaciones se deben tener en cuenta una serie de normas de higiene y de seguridad, imprescindibles en la manipulación de estos materiales. Para finalizar con este grupo de materiales, se estudia cómo se realizan las uniones de los plásticos. La unidad continúa con la explicación de los materiales textiles: procedencia, clasificación, propiedades características y aplicaciones de cada uno de ellos. Se relaciona este tipo de materiales con los anteriores y se indica que los materiales textiles sintéticos son materiales plásticos. Los dos últimos grupos pertenecen a los materiales de construcción: cerámicos y pétreos. Se estudia su naturaleza, obtención, clasificación, conformación, propiedades características y aplicaciones. 1. Materiales plásticos (páginas 5/7) Este primer epígrafe persigue que los alumnos tengan claro el concepto de plástico como una macromolécula, en la que se repiten unidades químicas (monómeros, unidad más sencilla) formadas por carbono y unidas para dar lugar al polímero. Los alumnos aprenderán que existen plásticos naturales procedentes de materias primas animales o vegetales, como la galalita o cuerno artificial (caseína formaldehído, derivado del queso fresco descremado al que se le añadían plastificantes y formaldehído para conferirle dureza) o el celuloide, que procede de la celulosa (nitrato de celulosa, que surgió en 1869 como sustituto de las bolas de billar de marfil, y cuyo desarrollo se limitó al ser muy inflamable). También hay plásticos derivados del petróleo, que se denominan plásticos sintéticos (o también, artificiales) y que son, en la actualidad, la mayoría de los plásticos. Aproximadamente un 6 % del petróleo se utiliza para fabricar plásticos. El uso de los plásticos está muy extendido en la sociedad, como puede observarse en la siguiente gráfica: (8) 4 % (7) 4 % 19 % (9) 5 % (6) 5 % (5) 9 % (4) 7 % (3) 11 % (2) 36 % (1) (1) envases y embalajes (2) construcción (3) industria del automóvil (4) industria del mueble (5) componentes eléctricos (6) agricultura (7) industria textil (8) colas y adhesivos (9) otros A los alumnos más avanzados en química se les puede comentar que el proceso de polimerización puede ser de adición o de condensación. En el proceso de adición se conserva el mismo número de átomos en el monómero inicial y en la unidad de repetición. En cambio, en la condensación, la unidad de repetición del polímero contiene menor número de átomos que el monómero inicial debido a la formación de productos secundarios durante la reacción, como el H 2 O, entre otros Propiedades (páginas 6/7) Es importante destacar que las aplicaciones dadas a los distintos tipos de materiales plásticos dependen casi exclusivamente de sus propiedades, y que estas propiedades van ligadas a la naturaleza y composición de cada uno de ellos. Propiedades ecológicas Las propiedades ecológicas dependen del impacto que producen los materiales en el medio ambiente. Estas propiedades, que no son comunes a todos los plásticos, son muy importantes desde el punto de vista medioambiental, puesto que están ocasionando problemas de contaminación del suelo, debido a los materiales plásticos acumulados en los vertederos, que son muy difíciles de degradar. Además del problema de contaminación atmosférica al incinerar los plásticos, está el vertido de petróleo en el mar (por accidente o al limpiar tanques en los buques), que pone en peligro la vida marina, así como el vertido de plásticos en alta mar, procedentes de los barcos, y en la costa, procedente de los residuos industriales y urbanos. Por otro lado, hay que hacer hincapié en las investigaciones que se desarrollan para obtener plásticos biodegradables, como es el caso del biopol. Se trata de un polímero biológico, que es degradado en el suelo por bacterias y hongos, con el que se fabrican botellas, molduras, fibras y películas, aunque también tiene aplicación en el campo de la medicina (implantes médicos y suturas). Pero la fabricación de materiales plásticos con biopol es un proceso muy costoso (hasta 30 veces superior al de la fabricación de polietilenos) y de producción limitada. 2. Clasificación de los plásticos (páginas 8/9) En este apartado se detalla la clasificación de los materiales plásticos en función de la estructura interna del polímero, en termoplásticos, termoestables y elastómeros. De dicha estructura depende el comportamiento frente al calor y otras propiedades características Plásticos termoplásticos (página 8) Se estudian las propiedades características y aplicaciones de algunos de los termoplásticos más utilizados en la industria: cloruro de polivinilo (PVC), poliestireno, polietileno, metacrilato, teflón, celofán y nailon. Entre otros termoplásticos de gran importancia industrial cabe destacar el polietileno tereftalato (PET), que los alumnos pueden investigar o que el profesor podría facilitar como ampliación de contenidos. El PET tiene buena resistencia química y térmica, y una alta resistencia a la corrosión y al desgaste. Se emplea esencialmente en la fabricación de fibras textiles y en muchos tipos de envases. 8

9 ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN 1 Investiga de dónde se obtienen los siguientes plásticos termoplásticos: cloruro de polivinilo (PVC), poliestireno, polietileno, metacrilato, teflón, celofán, nailon y polipropileno. Cloruro de polivinilo (PVC): a partir de acetileno y ácido clorhídrico. Poliestireno: a partir de derivados del petróleo a los que se añade benzol (obtenido en el proceso de elaboración de coque). Polietileno: a partir del petróleo. Metacrilato: gas natural, acetona y aire comprimido. Teflón: a partir del acetileno. Celofán: a partir de la celulosa, a la que se añaden diversos compuestos químicos (sosa cáustica, disulfuro de carbono, baño de ácido). Nailon: a partir de derivados del fenol (componente del alquitrán de hulla). Polipropileno: a partir del petróleo Plásticos termoestables (página 9) Se pueden añadir, como ampliación de contenidos, las propiedades y aplicaciones de la silicona. Este tipo de plástico, compuesto esencialmente por silicio (el elemento químico que se encuentra justo debajo del carbono en la tabla periódica), es resistente a altas temperaturas y a la compresión, prácticamente inerte y un excelente aislante eléctrico. Se fabrica en diferentes estados: sólido, gel y líquido (con una consistencia similar a la del aceite). Tiene importantes aplicaciones industriales, como impermeabilizante, lubricante, adhesivo, etc. Y también es muy usado en la industria farmacéutica (en cremas, por ejemplo) y en aplicaciones médicas (implantes, catéteres, sistemas de drenaje, etc.) Elastómeros (página 9) Como ampliación, se puede explicar a los alumnos que el caucho natural se obtiene del látex, al que se le añade ácido fórmico para evitar su coagulación, lo que da lugar al caucho crudo. Para mejorar sus propiedades, se le somete a un proceso de vulcanización, que consiste en la trituración del caucho crudo y en la mezcla con azufre, mientras se calienta a una temperatura de 160 C, aproximadamente, y se somete a una presión de 5 atm. El porcentaje de azufre añadido puede llegar hasta un 50 %, con lo que se consigue que el caucho aumente su dureza notablemente, así como su resistencia a los agentes químicos y su resistencia mecánica. ACTIVIDADES DE REFUERZO 1 Qué característica principal diferencia a los plásticos termoplásticos de los termoestables? Los plásticos termoplásticos se reblandecen a una determinada temperatura. Se puede repetir el proceso de calentamiento y enfriamiento tantas veces como se quiera. Los plásticos termoestables, a diferencia de los anteriores, no se ablandan al calentarlos de nuevo. Una vez adquieren una forma determinada, la conservan cuando se enfrían y ya no la cambian por otra aunque vuelvan a calentarse. ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN 1 En la constitución de las resinas fenólicas (baquelitas) se puede añadir fibra de vidrio. Busca información acerca de este material. Qué otras aplicaciones posee? La fibra de vidrio o lana de vidrio, de 0,003 mm de diámetro y longitud variable, se emplea, además, como aislante térmico y acústico en paredes y máquinas. 3. Técnicas de conformación (páginas 10/13) Se inicia el apartado con las diferentes formas en que se presentan industrialmente los plásticos. En los procesos de conformación se parte de estas formas (gránulos, filmes, láminas, tubos) para obtener productos semielaborados (que junto a otros formarán un objeto o aplicación concreta) o elaborados. Cabe destacar que, en muchos casos, estas técnicas de conformación sirven para obtener algunas de las formas comerciales (filmes, láminas, bloques, barras, tubos y perfiles). Los procesos de conformación difieren fundamentalmente en la maquinaria utilizada y en las aplicaciones. Sin embargo, todos estos procesos tienen en común el siguiente método: se parte del material en estado sólido (gránulos, láminas ); este es calentado, con lo que se transforma en una masa pastosa, o bien se ablanda mientras es conformado; por último, es enfriado una vez que el material ha adquirido la forma deseada. Entre los procesos de conformación, en esta unidad se estudian: la extrusión, el calandrado, el conformado al vacío y el moldeo. Las ilustraciones que se muestran facilitan el estudio de cada uno de estos procedimientos Extrusión (página 10) En el proceso de extrusión se parte de gránulos y se obtienen filmes, perfiles y tubos, que pueden ser formas comerciales o tener una aplicación concreta (tubos para cañerías y tuberías). Se puede ampliar el contenido de este epígrafe informando a los alumnos de que las extrusoras constan de un cilindro en cuyo interior se aloja un husillo que, al girar, recoge el material de la tolva de alimentación y lo hace avanzar a lo largo del cilindro, sometiéndolo a esfuerzos de cizalla (cortantes) mientras lo comprime y dosifica hasta la boquilla. Debido al movimiento relativo entre husillo y cilindro, el material se mezcla completamente, calentándose no solo por efecto del calor aplicado al cilindro, sino, sobre todo, por la energía disipada de los esfuerzos cortantes. Esta técnica también se utiliza para recubrimiento en la obtención de cables eléctricos, entre otras aplicaciones. En este procedimiento se utilizan boquillas especiales a las que se suministra simultáneamente el plástico fundido y el alambre o cable que se va a recubrir. A la salida de la extrusora, el cable pasa por un baño de refrigeración Calandrado (página 11) En el proceso de calandrado, el mecanismo de ruedas (tren de ruedas o de laminado) por el que pasa el material plástico determina con precisión el grosor de las láminas y planchas. Para la compresión del film plástico se requieren presiones elevadas y convenientemente aplicadas. Cualquier irregularidad en la aplicación de la presión o de la refrigeración puede originar variaciones inaceptables del espesor del film Conformado al vacío (página 12) En el proceso de conformado se parte de materiales semielaborados en forma de filmes o láminas que se reblandecen por efecto del calor y se adaptan contra un molde mediante alguno de los siguientes procedimientos: Por vacío. Materiales plásticos 9

10 Por presión de aire o conformado a presión, que utiliza aire comprimido. Por contramolde o conformado mediante moldes adaptados, en el que la lámina es aprisionada entre dos moldes calientes: macho y hembra. Estas técnicas de conformado también se conocen con el nombre de termoconformado Moldeo (páginas 12/13) En este apartado se estudia el proceso de conformación por moldeo; en concreto, el moldeo por soplado, por inyección y por compresión. La fabricación de piezas mediante moldes proporciona a aquellas la forma deseada. Esta técnica es, junto con la extrusión, una de las más usadas. El moldeo se utiliza para diferentes tipos de plásticos, según la técnica que se emplee. Como ampliación de contenidos se puede estudiar otro tipo de moldeo, denominado centrífugo. Durante este proceso, el material plástico fundido se vierte sobre un molde que gira a elevada velocidad, lo que provoca que el material plástico se adhiera a las paredes del molde, adoptando su forma, gracias a la fuerza centrífuga; a continuación, se enfría y se extrae la pieza del molde. Esta técnica se utiliza para la obtención de piezas huecas y tubos. Moldeo por soplado Es importante resaltar que con este método se obtienen productos huecos mediante la expansión de un plástico caliente contra las superficies internas de un molde. Las ventajas que ofrece este sistema frente a otros, dependiendo del material utilizado, es el rendimiento, el volumen de producción y los costes. Se puede aumentar la lista de aplicaciones expuestas en el texto: pequeños contenedores para materiales peligrosos, tanques de combustible Moldeo por inyección Puede ser interesante comentar que la primera patente, a cargo de los hermanos Hyatt, data de 1878, aunque la primera prensa no fue construida hasta 1921 por Eichengrün y no se empezó a comercializar hasta 1926 por Eckert y Zeigler; se desarrolló en 1930 con la aparición del poliestireno. Estos datos pueden ayudar a los alumnos a situarse en la época en que comenzó la revolución de los plásticos. Moldeo por compresión Hay que hacer hincapié en que este sistema requiere, además de calor, esfuerzos mecánicos, como el de compresión, para conseguir la forma deseada del objeto de plástico. Esta técnica fue patentada por Baldwin en 1862, y comenzó a industrializarse en 1907 gracias al descubrimiento de las resinas fenólicas por Leo Hendrick Baekeland ( ). 4. Técnicas de manipulación (página 14) En este epígrafe se tratan las diferentes técnicas de manipulación con herramientas y máquinas en el trabajo de los plásticos. Algunas de ellas se suelen utilizar a nivel industrial, como la troqueladora. Sin embargo, la mayoría pueden ser empleadas por los alumnos en el aula taller, tal y como se indica en el apartado de Procedimientos (páginas 142 y 143 del Libro del alumno). Se puede proponer al alumno que reflexione sobre las ventajas e inconvenientes del uso de las herramientas frente a las máquinas, y viceversa, en cuanto a: Tiempo invertido. Esfuerzo físico y mental. Grado de precisión en la operación. Calidad en el acabado. Costes. Formación de los operarios, etcétera. Entre las diferentes técnicas de manipulación se estudian el corte, el perforado y el desbastado o afinado. Para facilitar el estudio, se pueden clasificar en procesos sin arranque o con arranque de viruta. Junto a la explicación de las diferentes técnicas, el profesor puede mostrar a los alumnos las herramientas y máquinas que se usan para esta operación e indicarles para qué dureza y grosor de plástico se utiliza cada una de ellas, haciendo incluso pruebas. Se debe insistir en lo importante que es respetar y cumplir las normas de seguridad e higiene para que no se produzcan accidentes. También puede resultar interesante analizar las distintas herramientas y máquinas desde los siguientes puntos de vista: Su utilidad. Boceto de las mismas. Partes o piezas de que constan. Materiales utilizados para su fabricación. Pasos que se han de seguir en su utilización. Normas de higiene y seguridad que se deben respetar cuando se utilicen. 5. Uniones (página 15) Se establecen dos tipos de uniones de los materiales plásticos: desmontables y fijas Uniones desmontables (página 15) Se explica la constitución y forma de cada una de las piezas. Para facilitar la exposición, se pueden escoger objetos elaborados con materiales plásticos que el alumno tenga a su alcance: un bolígrafo, una calculadora o unas gafas, para observar cada una de estas uniones, así como sus aplicaciones Uniones fijas (página 15) En este apartado se tratan los adhesivos (tipos y aplicaciones) y la soldadura. Conviene hacer hincapié en que el uso de adhesivos exige observar las siguientes normas de seguridad: Leer las instrucciones de uso. Prevenir problemas graves de intoxicación por la inhalación o ingestión del adhesivo. Evitar que entre en contacto con los ojos o la piel. Mantener el adhesivo siempre a la vista durante su uso. Evitar perforaciones en el envase. Cerrar el envase cuando no se esté utilizando. Por otro lado, se ha de añadir que, en algunos casos, en el proceso de soldadura o unión de materiales por medio del calor y de la presión, es necesaria la aportación de material de la misma naturaleza que el de las piezas que se van a unir. Se pueden estudiar como ampliación de contenidos distintas técnicas de soldadura utilizadas en la industria de los plásticos: soldadura por radiación de un filamento incandescente, mediante un fluido auxiliar caliente (aire o nitrógeno), por ultrasonidos, rayos láser 10

11 ANÁLISIS DE OBJETOS TECNOLÓGICOS Objetos elaborados con materiales plásticos (página 16) En este apartado se han seleccionado cuatro objetos para que el alumno lleve a cabo el análisis tecnológico de cada uno de ellos, respondiendo a los siguientes puntos: 1. Análisis formal. Se trata de analizar todo lo referente a la forma del objeto, obteniéndose, por tanto, una información principalmente visual, que nos servirá para comprender su funcionamiento y para comunicar a otras personas cómo es el objeto. En este apartado, el alumno utilizará los contenidos estudiados en dibujo técnico referentes a la representación en perspectiva, despiece y acotamiento. También se puede proponer al alumno que realice las vistas del objeto (alzado, planta y perfil) si se considera oportuno. 2. Análisis técnico. Se centra en los aspectos relacionados con la fabricación del objeto. Este punto está íntimamente relacionado con la unidad que estamos estudiando, pues se analizan los materiales con los que se constituyen cada una de las piezas del objeto, los procesos de fabricación (técnicas de conformación y técnicas de manipulación) y las uniones entre las piezas. 3. Análisis funcional. Se persigue analizar la utilidad del objeto y la forma de usarlo. Si procede, se han de recordar conceptos relativos a los mecanismos de transmisión y de transformación del movimiento, las formas de energía que utiliza y transforma, los circuitos eléctricos Se ha de tener en cuenta que la durabilidad del objeto depende en gran medida del buen uso y de su mantenimiento. Conviene repasar los riesgos derivados del manejo de determinados materiales y máquinas y de las medidas para prevenir accidentes. 4. Análisis socioeconómico. Estudia el objeto desde el punto de vista de su función social y de sus repercusiones económicas y medioambientales. En este apartado se puede debatir en qué medida el objeto es útil, si se puede prescindir de él y qué otros objetos podrían hacer la misma función. En la repercusión medioambiental, se ha de tener en cuenta qué otros materiales alternativos se podrían haber utilizado. Desde el punto de vista socioeconómico, se puede estudiar en qué medida el precio del producto es adecuado, teniendo en cuenta los materiales, la complejidad de las piezas y del montaje y la complejidad del funcionamiento. Asimismo, hay que indicar si se trata de un objeto construido artesanalmente o en serie, su valor artístico, el marketing, la publicidad y la distribución del objeto en cuestión (mayoristas minoristas consumidor). Existen numerosos objetos del entorno elaborados con los materiales estudiados a lo largo de la unidad. Se pueden proponer los siguientes: un sacapuntas, un bolígrafo, un plumier, la mochila, el encerado, una ventana, un abrigo El que algunos de los objetos mencionados estén constituidos en parte o en su totalidad por madera y metal puede resultar de especial interés para recordar dichos materiales: obtención, clasificación, propiedades características, técnicas de conformación y de manipulación, uniones, repercusiones medioambientales, normas de seguridad e higiene en su manejo, etcétera. APLICACIÓN INFORMÁTICA Búsqueda de información y elaboración de tablas (página 17) Con este apartado se pretende que el alumno se familiarice con la herramienta informática, cada vez más presente. En concreto, deberá utilizar el procesador de textos para la elaboración de tablas referentes a los contenidos estudiados a lo largo de la unidad. También tendrá que buscar información en Internet, con la ayuda de buscadores, acotando conceptos y seleccionando la información que interesa. PROCEDIMIENTOS Trabajar con plásticos (páginas 18/19) Antes de empezar a trabajar en el taller con cualquier tipo de material plástico, es necesario que los alumnos conozcan los útiles, las herramientas y las técnicas de uso adecuadas. Además, es imprescindible que conozcan y respeten las normas básicas de seguridad e higiene para evitar accidentes. Se sugiere que el profesor haga una breve demostración práctica para explicar al alumnado cómo debe llevar a cabo las diferentes técnicas y solucionar las posibles dudas a priori. A continuación, los alumnos pueden comenzar ya a practicar estas técnicas de manera ordenada, mientras el profesor supervisa y corrige el trabajo. Para llevarlas a cabo, se pueden utilizar trozos de plásticos reciclados, seleccionando diferentes tipos para que los alumnos se vayan familiarizando con ellos, e incluso hacer una pequeña identificación y clasificación de estos. Es un buen momento para recordarles que debemos desperdiciar la menor cantidad de material, que se pueden usar plásticos previamente utilizados y que se deben reciclar los materiales. De las diferentes técnicas que se plantean, hay que tener cuidado con la soldadura caliente, ya que existe la posibilidad de que los alumnos se quemen. Sería conveniente que los alumnos realizaran las diferentes técnicas con restos de material plástico que haya en el taller, y que el profesor los fuera evaluando. Hay que hacer hincapié en las normas generales de seguridad y en las normas de uso de las máquinas, herramientas y materiales (en este caso, plásticos) empleados en el taller. ACTIVIDADES DE REFUERZO 1 Indica si la siguiente afirmación es verdadera o falsa: «Los elementos de protección siempre son necesarios.» Falso. Se deben utilizar los elementos de protección adecuados siempre y cuando sean necesarios. Por ejemplo, las gafas protectoras solo son necesarias si existe proyección de virutas de material, los guantes se emplean cuando hay riesgo de cortes y lesiones, etcétera. Materiales plásticos 11

12 SOLUCIONES DE LAS ACTIVIDADES DEL LIBRO DEL ALUMNO Cuestiones de diagnóstico previo Página 4 1. Con qué material se fabrican los neumáticos? Los neumáticos se fabrican con caucho. 2. Qué es el PVC? Cita algunas de las principales aplicaciones que conozcas de este material. El PVC o cloruro de polivinilo es un material plástico (termoplástico). Se utiliza para elaborar tuberías, suelas de zapatos, guantes, trajes impermeables, mangueras 3. De dónde proceden los plásticos? Los plásticos se obtienen a partir de materias primas naturales. Algunos se obtienen directamente de materias primas vegetales (celulosa, látex ) o animales (caseína), y otros, la mayoría, se elaboran a partir de compuestos derivados del petróleo, el gas natural o el carbón. 4. De qué material están fabricadas las cuerdas de una raqueta? Las cuerdas de una raqueta se fabrican con nailon, material plástico muy utilizado en la industria textil. 1. Materiales plásticos Página 5 Reflexiona Observa los objetos de los que estás rodeado y nombra aquellos que sean plásticos. De dónde crees que se obtienen? RESPUESTA LIBRE. Qué son los plásticos? En qué se diferencian los plásticos naturales de los sintéticos? Los plásticos son polímeros que están formados por largas cadenas de moléculas en las que se repite el carbono. Los plásticos naturales se obtienen directamente a partir de materias primas vegetales (celulosa, látex) o animales (caseína). A diferencia de estos, los plásticos sintéticos se elaboran a partir de productos que son derivados del petróleo, del gas natural o del carbón. Página 6 Reflexiona Reúne tres objetos fabricados con materiales plásticos, como, por ejemplo, una botella, estuches de CD y una bolsa, y ordénalos de mayor a menor según su dureza, rigidez, flexibilidad y tenacidad. Con esta actividad se pretende que los alumnos reflexionen sobre las propiedades de los plásticos y deduzcan que no todos tienen las mismas características: pueden ser de diferente dureza, tenacidad, flexibilidad ; de ahí sus diversas aplicaciones (botellas de agua, bolsas ). Es de gran importancia destacar que, sin embargo, hay propiedades que son comunes a los plásticos, y que se reflejan en la tabla de esta página del Libro del alumno. Las propiedades físicas se ponen de manifiesto en presencia de estímulos como fuerzas externas, el sonido, la electricidad, el calor o la luz. 12

13 Qué elementos se añaden durante el proceso de fabricación de los plásticos? Con qué finalidad? En el proceso de fabricación de los plásticos se añaden cargas (fibra de vidrio, fibras textiles, papel, sílice, polvo mineral, serrín) y aditivos (plastificantes o pigmentos colorantes) a las materias primas o a los productos derivados del petróleo. Las cargas son materiales que mejoran las propiedades y disminuyen costes. Los aditivos son sustancias químicas que, al igual que las cargas, potencian las propiedades de los plásticos. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas. En caso contrario, explica por qué: a) La dureza y elasticidad de los plásticos varía muy poco de unos a otros. Falso. Los plásticos presentan un amplio rango de dureza y elasticidad. Hay plásticos de elevada dureza, como el polietileno de alta densidad o la melamina, a diferencia de otros, como la celulosa o el poliestireno expandido. Existen materiales plásticos, como el caucho, que presentan un alto grado de elasticidad en comparación con otros, como el metacrilato o el teflón, que carecen de esta propiedad. b) En general, los plásticos son buenos conductores del calor y la electricidad. Falso. Los plásticos son aislantes térmicos y eléctricos. 2. Clasificación de los plásticos Página 8 Relaciona estos plásticos (metacrilato, poliestireno, celofán, PVC y polietileno) con su correspondiente aplicación: aislamiento de paredes, faro de automóvil, bolsa, envase y tubería. Metacrilato faro de automóvil Poliestireno aislamiento de paredes Celofán envase PVC tubería Polietileno bolsa Algunos productos pueden estar elaborados con más de un tipo de plástico; por ejemplo, para el envasado también se puede utilizar el poliestireno (bandeja). Página 9 Un empresario quiere fabricar un envase que permita conservar y transportar alimentos. Qué materiales plásticos le recomendarías? Y si desea fabricar carcasas de CD, neumáticos para vehículos o colchones? Para fabricar envases: poliestireno duro (film transparente) para envolver y poliestireno expandido (bandeja); polietileno de alta densidad y melamina para elaborar recipientes; celofán para embalar, envasar y empaquetar. Para fabricar carcasas de CD: polietileno de alta densidad, metacrilato. Para fabricar neumáticos: caucho natural, caucho sintético. Para fabricar colchones: poliuretano, caucho natural, caucho sintético. Materiales plásticos 13

14 3. Técnicas de conformación Página 10 Reflexiona Observa estas imágenes: Qué técnicas crees que se han utilizado para obtener los objetos de plástico anteriores? Se han utilizado las siguientes técnicas: Cubo de basura: moldeo por inyección. Cubitera de hielos: conformado al vacío. Carcasa de aspirador: moldeo por compresión. Recubrimiento de cables: extrusión. Botella de agua: moldeo por soplado. Página 11 Explica en qué consiste la técnica de conformación que se utiliza en la fabricación de cañerías, perfiles y recubrimiento de cables. Es la técnica de extrusión. Consiste en introducir el material termoplástico, en forma de gránulos, por el embudo o tolva de alimentación de la extrusora. A través de esta, entra en un cilindro que es calentado previamente. El cilindro consta de un husillo o tornillo de grandes dimensiones que desplaza el material fundido, obligándolo a pasar por una boquilla o molde de salida. El material, ya conformado, se enfría lentamente y solidifica en un baño de refrigeración. Por último, es recogido por un sistema de arrastre. Página 12 Explica las diferencias que hay entre el moldeo por soplado y el moldeo por inyección. Moldeo por soplado Se parte del material plástico en forma de tubo (obtenido en el proceso de extrusión). El material se introduce en un molde y se inyecta aire comprimido. Se utiliza específicamente en la fabricación de objetos huecos, como botellas, frascos, balones. Moldeo por inyección Se parte del material en forma de gránulos el cual se funde. El material fundido se inyecta directamente en un molde. Se usa en la producción de diferentes utensilios. Página 13 En qué consiste la técnica de moldeo por compresión? Durante la técnica de moldeo por compresión, el material termoestable se introduce en forma de polvo o gránulos en un molde hembra. Aquí es comprimido por un contramolde macho, mientras un sistema de recalen - tamiento reblandece el material. De esta manera, se consigue que el material adopte la forma de la cavidad interna. Seguidamente se refrigera y se extrae la pieza moldeada abriendo el molde. 14

15 Indica qué técnica de moldeo se emplea para obtener los siguientes objetos plásticos: una botella de leche, un barreño, la carcasa de un electrodoméstico y una pelota. Una botella de leche: moldeo por soplado. Un barreño: moldeo por inyección. La carcasa de un electrodoméstico: moldeo por compresión. Una pelota: moldeo por soplado. Elige cinco objetos de plástico que utilices habitualmente e indica qué técnicas de conformación han intervenido en su fabricación. RESPUESTA LIBRE. Señala qué técnica de conformación se ha utilizado para fabricar cada uno de los objetos de las fotografías. Cubo: moldeo por inyección. Pala: moldeo por compresión. Bote de crema: moldeo por soplado. Taza: moldeo por inyección. Regadera: moldeo por inyección; moldeo por compresión (en cada mitad). Balón: moldeo por soplado. Plato: moldeo por compresión. Yogures: moldeo por compresión. Tubos de canalización: extrusión. Casco de obra: moldeo por compresión. 4. Técnicas de manipulación 5. Uniones Página 14 En qué consiste el corte mediante prensa o troquel? Qué tipo de piezas se obtiene con esta máquina? Consiste en el corte de planchas colocando el material plástico bajo una prensa, de tal modo que, al bajar esta, se arranca el material, obteniendo la pieza deseada, que tendrá la forma de la prensa. Se trata de un corte sin arranque de viruta. Con esta máquina se obtienen piezas sencillas de espesor no superior a 5 mm, como, por ejemplo, arandelas. Qué máquina utilizarías para cortar y trabajar con el poliestireno expandido? La máquina de hilo metálico caliente. Página 15 Qué tipos de uniones desmontables para materiales plásticos conoces? Qué tienen en común? Tornillo pasante con tuerca, tornillo de unión, enroscado. Todos ellos son elementos roscados. Materiales plásticos 15

16 En qué consiste la soldadura de plásticos mediante mordazas calientes? La soldadura mediante mordazas calientes consiste en insertar los filmes a soldar entre unas mordazas o placas que, mediante calor y presión, unen las piezas. Qué tipo de adhesivos se utilizan en la unión de materiales plásticos? Se utilizan resinas de dos componentes, cemento acrílico y adhesivos de contacto. ANÁLISIS DE OBJETOS TECNOLÓGICOS Objetos elaborados con materiales plásticos (página 16) APLICACIÓN INFORMÁTICA Búsqueda de información y elaboración de tablas (página 17) Busca objetos de tu entorno similares a los descritos y realiza el análisis correspondiente. RESPUESTA LIBRE. Busca en Internet información referente a otros tipos de plásticos para los que cada vez se encuentran más aplicaciones: el nomex y el kevlar. Elabora con el procesador de textos, una tabla como esta y complétala con los datos correspondientes a cada plástico: Plástico Obtención Propiedades Aplicaciones Nomex Kevlar Se propone la búsqueda de información de los materiales plásticos nomex y kevlar, cuya síntesis ha sido un gran avance tecnológico debido a sus espectaculares propiedades características. El nomex es un plástico sintético de gran estabilidad química y térmica, capaz de soportar una temperatura de 350 C sin fundirse. Al ser un material ignífugo, se utiliza en la confección de trajes de pilotos de competición (fórmula 1, rallies ), trajes de bomberos y en las carrocerías de vehículos. El kevlar es un material plástico que pertenece a la familia de las poliamidas. Tiene una gran resistencia química y mecánica, por lo que presenta una considerable rigidez estructural. No produce llama al arder. Posee numerosas aplicaciones, ya que se emplea, por ejemplo, en la fabricación de chalecos antibalas, cabinas de transbordadores espaciales y satélites de comunicaciones. Elige ahora objetos elaborados con cada uno de los tipos de materiales plásticos. Utilizando un procesador de textos, realiza una tabla como la que aparece a continuación y complétala en tu cuaderno: Tipo de material Objeto Nominación del material Procedencia Métodos de obtención RESPUESTA LIBRE. IDEAS CLARAS(página 20) Elabora un mapa conceptual o esquema con los principales conceptos de la unidad. RESPUESTA LIBRE. 16

17 Actividades (páginas 21) A partir de qué materias primas se obtienen los plásticos? Los plásticos naturales se obtienen directamente a partir de materias primas vegetales (celulosa, látex) o animales (caseína). Los plásticos sintéticos se elaboran a partir de productos que son derivados del petróleo, el gas natural o el carbón. Qué se entiende por polimerización? La polimerización es el proceso de síntesis mediante el cual la industria química transforma las materias primas y compuestos en plásticos. Consiste en la unión repetida de grandes moléculas que da lugar al polímero. En qué consiste el reciclado mecánico de los materiales plásticos? Durante el reciclado mecánico, los plásticos son clasificados según los distintos tipos. Seguidamente, son triturados para obtener un granulado que se usará en la fabricación de nuevos plásticos. Se puede elaborar un material compuesto por varios tipos de plásticos (aglomerado). Qué propiedades caracterizan al celofán y al teflón? Qué aplicaciones tienen estos materiales? Entre las propiedades del celofán destacan la transparencia, la flexibilidad, la resistencia, la adherencia y el brillo. Se emplea en embalaje, envasado y empaquetado. El teflón se caracteriza por ser un material deslizante y antiadherente. Se utiliza en la fabricación de utensilios de cocina (sartenes) y encimeras. Qué es el PVC? Enumera algunas de sus aplicaciones. Investiga acerca del PET. Las siglas PVC corresponden a un plástico termoplástico denominado cloruro de polivinilo. Posee un amplio rango de dureza y es impermeable. Se utiliza en la fabricación de tubos y tuberías, aislantes de cables eléctricos, suelas de calzado, guantes, trajes de protección, mangueras, juguetes, abrigos impermeables, etcétera. El PET (polietileno tereftalato) es un plástico termoplástico. Entre sus propiedades destacan: es transparente, puede ser coloreado, es impermeable y presenta excelente resistencia térmica, mecánica y química. Se emplea en la fabricación de envases, botellas, bandejas, láminas, fibras textiles, filmes para envasar alimentos, etcétera. En qué se diferencian el poliestireno duro y el expandido? Qué otro nombre recibe este último material? El poliestireno duro es transparente y pigmentable. El poliestireno expandido es esponjoso, blando, rígido y de baja densidad. Este último también se denomina porexpán. Por qué se utilizan plásticos termoestables en la fabricación de objetos que van a estar en contacto con el calor? Porque los plásticos termoestables no se ablandan al calentarse (se descomponen y carbonizan antes de fundirse a muy elevadas temperaturas). Qué materiales termoestables se utilizan como aislantes acústicos? El poliuretano y la melamina. Por qué se añade fibra de vidrio a las resinas de poliéster? La fibra de vidrio se añade a las resinas de poliéster para endurecerlas y aumentar su resistencia y rigidez. De dónde se obtiene el caucho natural? Y el sintético? Nombra algunas aplicaciones de estos dos tipos de elastómeros. El caucho natural procede del látex, de cuya coagulación se obtiene el caucho crudo. Este se calienta con azufre a presión en un proceso denominado vulcanización. El caucho sintético se obtiene a partir de sustancias derivadas del petróleo. Entre las aplicaciones del caucho destacan: neumáticos, volantes, parachoques, pavimentos, tuberías, mangueras, esponjas de baño, guantes, colchones, etcétera. D Tres plásticos A, B y C, presentan las siguientes estructuras: A: largas cadenas de moléculas entrecruzadas con enlaces muy débiles entre ellas. B: largas cadenas de moléculas enlazadas lateralmente entre sí. C: largas cadenas de moléculas entrecruzadas y enlazadas fuertemente entre sí. Materiales plásticos 17

18 a) Dibuja un esquema que represente cada una de estas estructuras. A B C b) Indica cuál de las estructuras descritas corresponde a un material termoplástico, termoestable o elastómero. Un material termoplástico: A. Un material termoestable: C. Un material elastómero: B. c) Justifica en cada una de las elecciones que has hecho las propiedades que proporciona a cada material la estructura que tiene. Estructura de los termoplásticos: las cadenas están unidas entre sí por uniones tan débiles que se rompen en cuanto el plástico se calienta. Estructura de los termoestables: las uniones son tan fuertes que no se rompen al calentar el plástico. Estructura de los elastómeros: cuando se aplica una fuerza, las cadenas se estiran, lo que confiere a estos materiales una gran elasticidad. Para qué sirve el neopreno? Qué características posee este material? El neopreno se emplea principalmente en la fabricación de trajes de inmersión y en algunas prendas deportivas. Es impermeable y flexible, y posee buenas propiedades mecánicas (es duro y resistente). Relaciona en tu cuaderno cada plástico termoestable (melamina, poliuretano, baquelita y resinas de poliéster) con su aplicación correspondiente: Casco de embarcación. Resinas de poliéster. Mango de sartén. Baquelita. Encimera. Melamina. Aislamiento acústico. Poliuretano. Busca información e identifica en tu cuaderno los distintos materiales plásticos con los que se han fabricado los objetos de la fotografía. Clasifícalos en termoplásticos, termoestables o elastómeros. baquelita polietileno de alta densidad; también puede ser de polipropileno baquelita caucho celofán polietileno de alta densidad 18

19 La clasificación es: Termoplásticos: polipropileno, celofán, polietileno de alta densidad. Termoestables: baquelita. Elastómeros: caucho. En qué consiste la técnica de conformado al vacío? En la técnica de conformado al vacío, el material termoplástico, en forma de filmes o láminas de pequeño grosor, se sujeta al molde. Mediante un radiador se calienta la lámina para ablandar el material. A continuación, se succiona el aire bajo la lámina haciendo el vacío y el material se adapta a las paredes del molde, obteniéndose la forma deseada. Se enfría y se abre el molde para extraer la pieza. Enumera las herramientas y máquinas utilizadas en los procesos de corte, perforado y afinado de los plásticos. Para el proceso de corte: cúter o cuchilla, tijeras, sierras, etcétera. Para el proceso de perforado: taladradora. Para el proceso de afinado: lima y escofina. D Escribe en tu cuaderno la respuesta correcta a cada una de las siguientes cuestiones: Qué plásticos se ablandan cuando se calientan de tal modo que pueden ser de nuevo moldeados? a) Las baquelitas b) Los termoplásticos c) Algunos termoestables d) El caucho y el neopreno Respuesta correcta: b). Los filmes transparentes utilizados en envoltorios de productos alimenticios son de: a) PVC b) Polietileno c) Melamina d) Poliestireno Respuesta correcta: d) Las carcasas de electrodomésticos se elaboran con: a) Poliuretano b) Baquelita c) PVC d) Melamina Respuesta correcta: b) Para obtener tubos de plásticos se utiliza el proceso: a) Moldeo por inyección b) Moldeo por soplado c) Extrusión d) Calandrado Respuesta correcta: c). Qué métodos de conformación se utilizan en la fabricación de botellas de plástico? a) Moldeo por soplado y conformado al vacío b) Calandrado y conformado al vacío c) Moldeo por soplado y moldeo por inyección d) Extrusión y moldeo por soplado Respuesta correcta: d) Para cortar poliestireno expandido se utiliza: a) La taladradora b) El troquel c) El hilo metálico caliente d) La segueta Respuesta correcta: c). Materiales plásticos 19

20 Estos dos recipientes se han introducido en un horno durante unos segundos. Identifica en la imagen cuál de ellos está fabricado con melamina y cuál con polietileno. El recipiente rojo está fabricado con melamina, y el blanco, con polietileno. La melamina es un plástico termoestable. Estos no se ablandan al calentarse, a diferencia de los termoplásticos como el polietileno. Nombra un tipo de plástico que se utilice en cada uno de los siguientes campos: medicina, transporte, construcción e industria textil. Medicina: celuloide (placas de dentaduras postizas), siliconas (cirugía). Transporte: siliconas (aislantes de motores, fluidos de aviones, material adhesivo), kevlar (cabinas de los transbordadores espaciales y satélites de comunicaciones), metacrilato (faros y pilotos de automóviles, ventanas), poliuretano (juntas, correas, pegamentos), baquelita (ruedas dentadas, carcasas de motores), resinas de poliéster (cascos protectores deportivos y cascos de embarcaciones, carrocerías de coche) y caucho (neumáticos, volantes, parachoques). Construcción: poliuretano (aislante térmico y acústico, pegamento), melamina (aislante térmico y acústico), PVC (tuberías), caucho (aislante térmico y eléctrico, pavimentos, tuberías) y porexpán (aislante térmico y acústico). Industria textil: rayón (viscosa), nailon, poliéster, nómex (trajes de pilotos de fórmula 1), neopreno (trajes de inmersión), caucho (guantes) y PVC (guantes, trajes de protección, imitación al cuero). 20