UD. 2 LOS PLÁSTICOS ÍNDICE

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1 UD. 2 LOS PLÁSTICOS OBJETIVOS DE ESTA UNIDAD DIDÁCTICA Saber qué es un plástico y algunas de sus propiedades. Reconocer qué propiedades hacen que un objeto o producto sea de plástico y no de otro material. Distinguir las diferencias que entre un plástico termoestable, termoplástico o elastómero. Conocer los principales procesos de fabricación de los plásticos. ÍNDICE 1.- INTRODUCCIÓN 2.- PLÁSTICOS Y POLIMERIZACIÓN. 3.- CLASIFICACIÓN DE LOS PLÁSTICOS (según su estructura molecular) Termoestable Termoplástico Elastómero 4.- PROPIEDADES DE LOS PLÁSTICOS 5.- TÉCNICAS DE CONFORMACIÓN DE PLÁSTICOS Conformación por calor y soplado Conformación por vacío Moldeo por extrusión Moldeo por inyección Moldeo por insuflación de aire comprimido Moldeo por compresión Moldeo centrífugo Calandrado 6.- Ejercicios 1

2 LOS PLÁSTICOS 1.- INTRODUCCIÓN La palabra plástico procede del término griego plastikos, que significa «capaz de ser moldeado». El término expresa la principal propiedad de este material: su capacidad para deformarse y, por tanto, su facilidad para adoptar prácticamente cualquier forma. Los plásticos son uno de los materiales que más se usan en la actualidad. Su producción y consumo se han incrementado a una velocidad muy superior a cualquier otro material. Los primeros plásticos tienen su origen en 1840, pero es en 1865 cuando se logra producir el celuloide, obtenido de la celulosa de la madera cuando reacciona con el ácido nítrico. Se empleo durante mucho tiempo en la industria cinematográfica. Era muy elástico pero inflamable. Posteriormente aparecieron en 1909 la baquelita y el nailon, que ocuparon el lugar de muchos productos de madera o metales ligeros. Nuestro consumo de plásticos es muy elevado, pensemos simplemente en el hecho de realizar la compra de un producto, supone un embalaje plástico propio más la bolsa de transporte. Una visita a un gran centro comercial o hipermercado nos puede dar idea de la magnitud del consumo de este material, que en muchas ocasiones, acaba en la basura sin más uso que el de servir de transporte por unos minutos. 2.- PLÁSTICOS Y POLIMERIZACIÓN. Las moléculas de los plásticos, son especialmente grandes de ahí que se les denomine macromoléculas. Estas se forman a partir de otras más pequeñas, llamadas monómeros, a través de un proceso denominado polimerización. En términos técnicos, la polimerización consiste en la unión química de monómeros para formar polímeros, lo cual significa que, al igual que en una cadena, se van uniendo pequeños eslabones idénticos. El tipo de "eslabón" y el tamaño y la estructura (lineal / ramificada) de cada "cadena" o molécula de polímero determinan las propiedades del material plástico. Los plásticos se obtienen mediante polimerización de hidrocarburos que son compuestos derivados del petróleo y del gas natural. A pesar de la gran industria que se ha desarrollado alrededor de ellos, sólo el 4 por ciento del petróleo producido comercialmente es usado para producir plásticos. Básicamente se producen en forma de polvos, gránulos, líquidos y soluciones, los cuales por aplicación de calor y presión dan lugar a los productos que nos son familiares. 2

3 3.- CLASIFICACIÓN DE LOS PLÁSTICOS (Según su estructura molecular). Los plásticos se suelen clasificar en tres grandes grupos: Termoplásticos: Son aquellos que funden al ser sometidos a presión y temperatura adecuadas. Lo que permite que su forma se pueda modificar con facilidad (la similitud cotidiana más sencilla y habitual es aquella que los compara con el queso). La mayoría de los materiales para envasado caen dentro de esta categoría, cuya estructura permite una relativamente fácil capacidad de ser reciclados. Los integrantes más comunes de esta subfamilia son: Poliamidas Hilo de pescar,levas, engranajes,tejidos, medias.. Poliestireno (PS) Juguetes, embalaje ( corcho blanco ) Policloruro de vinilo (PVC) Tubos, desagües, puertas, ventanas... Polietileno (PE) Depósitos, envases alimenticios, cubos, juguetes... Polipropileno(PP) Tapas de envases, bolsas, carcasas Polietileno Tereftalato (PET) Botellas de agua, envases champú, limpieza Termoestables: Son más resistentes al calor que los termoplásticos, y cuando se calientan no se funden, sino que los enlaces que mantienen unidas las moléculas que forman el material se destruyen. De modo que al calentarlos se les puede dar forma, pero una vez que se enfrían esta quedará de manera permanente, no admiten el recalentamiento para darles nueva forma ya que se degradan (destrucción de los enlaces moleculares). Se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones técnicas, como pueden ser piezas electrónicas o de automóvil. Baquelita Mangos, carcasas bolígrafos, enchufes,... Resina de poliéster Piscinas, recubrimientos, sumideros,... Melamina Chapas mesas, encimeras, tableros. Vajillas.. Resinas de epoxi Encapsulados de componentes eléctricos 3

4 3.3.- Elastómeros Estos plásticos se deforman cuando se someten a un esfuerzo, pero recuperan su forma original cuando deja de ejercerse esa fuerza sobre ellos. Silicona Sellado de juntas, cristales, marcos, cosméticos... Caucho Suelas zapato, mangueras, ruedas, Neopreno Apoyos de vigas, Asiento cimentación anti-terremotos. Poliuretano Prendas de vestir elásticas, mangueras de agua. 4.- PROPIEDADES DE LOS PLÁSTICOS Los plásticos se obtienen a partir del petróleo, del carbón de hulla, del gas natural y de otros elementos orgánicos en los que aparece el carbono. El porque del uso intensivo de este material, se basa en sus propiedades: Propiedades físicas Densidad: Baja, oscila entre 20 y 2500 Kg/m3 Punto de fusión: Bajo: ningún plástico funde por encima de los 200 º C. Por tanto, la resistencia el calor es baja. Solubilidad: Insolubles en agua en la mayoría de los disolventes. Variedad, forma, color, textura, apariencia : Existen miles de variaciones y cada año se producen nuevos plásticos. Al ser fáciles de trabajar, se pueden conseguir múltiples formas, algunas muy complicadas, además de darles la textura y color final deseados, lo que los hace extraordinariamente polivalentes. Propiedades mecánicas Dureza: Son materiales blandos. Se pueden rayar, perforar y cortar con facilidad Tenacidad: Variable: Algunos plásticos son muy resistentes a los esfuerzos mecánicos Elasticidad: La mayoría son plásticos aunque hay algunos, como los elastómeros, que son elásticos Moldeabilidad: Algunos, como los termoplásticos, son fáciles de moldear en caliente. Resistencia química y atmosférica: Algunos resisten bien los ácidos sin que estos alteren sus propiedades. También son muy resistentes a las condiciones atmosféricas, sol, viento, lluvia, salitre..etc. Resistencia al desgaste por rozamiento : Aunque algunos plásticos si son resistentes al roce, en general en la mayoría, éste provoca un desgaste rápido OTRAS PROPIEDADES: Reciclado: Los plásticos se pueden reciclar con facilidad Conductividad: Muy baja. Son excelentes aislantes térmicos y eléctricos 4

5 TABLAS RESUMEN PLÁSTICOS TERMOPLÁSTICOS Polietileno Tereftalato (PET) PROPIEDADES Incoloro, se deforma con facilidad pero sin llegar a romperse. APLICACIONES PRINCIPALES Botellas de agua, envases champú, limpieza, bandejas para cubitos de hielo Polietileno de alta densidad (PEAD) Policloruro de vinilo (PVC) Polietileno de baja densidad (PELD) Polipropileno (PP) Poliestireno (PS) Poliestireno expandido (EPS) Poliamidas (PA) Incoloro, moldeable, rígido y resistente a golpes y agentes químicos. Flexible o rígido, fácil de cortar y moldear y resistente a agentes químicos Translúcido, poco cristalino. Buena resistencia térmica, química y al impacto. Depósitos, envases alimenticios, cubos, juguetes, papeleras, contenedores Tubos, desagües, puertas, ventanas, impermeables. Film adhesivo, Bolsas, revestimientos de cubos, recubrimiento contendores flexibles, tuberías para riego. Opaco, rígido y muy resistente. Tapas de envases, bolsas, carcasas, cubiertos desechables., cajas de comida, tapas herméticas, portafolios, cubos. Incoloro, resistente a los agentes químicos, duro y frágil. Conocido como corcho blanco, blando, de baja densidad y buen aislante térmico. Elaborados a partir de carbón. Nailon y perlon. Resistentes y tenaces Juguetes, envases de huevos, envases de yogur, bolígrafos, útiles de dibujo. Embalajes, cubetas y aislante de edificios Hilo de pescar,levas, engranajes,tejidos, medias.. PLÁSTICOS TERMOESTABLES Resinas fenólicas, Baquelita (PF) Melamina (MF) Resinas de poliéster (UP) Resinas epoxi (EP) PROPIEDADES Duras, resistentes al calor y a los productos químicos, buenos aislantes. Resistente a la corrosión y a los agentes químicos, poco inflamable. Incoloro pero fácil de teñir, mezclado con el vidrio adquiere mayor volumen y resistencia. Tenaces con elevada resistencia al impacto. APLICACIONES PRINCIPALES Mangos, carcasas bolígrafos, enchufes, industria eléctrica y electrónica, adhesivos. Chapas mesas, encimeras, tableros, recubrimientos de muebles (formica), adhesivos y barnices. Piscinas, recubrimientos, techos, depositos, sumideros Encapsulados de componentes electrónicos,adhesivos, pinturas y barnices. 5

6 PLÁSTICOS ELASTÓMEROS Caucho natural Neopreno (PCP) Poliuretanos (PUR) Siliconas (SI) PROPIEDADES Resistente al desgaste y al impacto, buen aislante eléctrico. Más resistentes que el caucho, pero menos flexibles. Son duros, resistentes a la abrasión y flexibles. Pueden presentar también la forma de espumas. Buena estabilidad térmica y a la oxidación. Flexibles. Excelentes propiedades eléctricas. APLICACIONES PRINCIPALES Neumáticos, juntas, tacones y suelas de zapatos. Correas, apoyos de vigas, cimentación antiterremotos, trajes de buceo. Prendas de vestir elásticas (lycra o elastán) cintas transportadoras de la industria, mangueras de agua, ruedas industriales. En forma de espuma para asientos y colchones. Hules, aplicaciones resistentes al agua, prótesis médicas, sellado de juntas, marcos, cosméticos 5.- TÉCNICAS DE CONFORMACIÓN DE PLÁSTICOS. Para obtener el producto final con el aspecto que conocemos, es preciso todo un proceso industrial de fabricación, que puede llegar a ser muy complejo. El más importante de ellos es el moldeo que consiste en dar la forma y la medida deseadas a un plástico por medio de un molde.. El molde es una pieza hueca en la que se vierte el plástico fundido para que adquiera su forma. Los procesos más importantes de transformación de los plásticos son: Conformación por calor y soplado Conformación por vacío Moldeo por extrusión Moldeo por inyección Moldeo por insuflación de aire comprimido Moldeo por compresión Moldeo centrífugo Calandrado 6

7 Veamos las características de cada uno de estos procesos Conformación por calor y soplado El conformado por calor y soplado consiste en calentar planchas de material termoplástico hasta su punto de reblandecimiento, y llevar el material caliente sobre los contornos de un molde hembra, soplando con aire comprimido. La plancha se coloca encima de la cavidad del molde y se calienta hasta que se descuelga ligeramente. Se aplica aire comprimido, soplando así la plancha y dándole la forma requerida. El molde debe tener orificios para permitir la salida del aire atrapado debajo de la plancha. Por esta técnica se obtienen objetos huecos de poliestireno y policloruro de vinilo Conformación por vacío. Básicamente consiste en poner una plancha termoplástica encima de un molde. Sobre el conjunto se dirige el calor radiante de unos elementos de calefacción hasta que la plancha se hace blanda y elástica. Se hace el vacío en la cavidad cerrada del molde. La plancha, en su estado elástico blando, es comprimida por la presión atmosférica contra los contornos del molde en el espacio en que se ha hecho el vacío. Después de un breve período de enfriamiento, la plancha se solidifica con la forma del molde y puede ser retirada del molde. Este proceso se utiliza principalmente para productos poco profundos fabricados con lámina fina. El conformado por vacío permite que se reproduzcan piezas moldeadas grandes, con forma irregular, que no podrían fabricarse por otro método de moldeado de plásticos. Entre los productos fabricados de esta forma están: - Hueveras, separadores de cajas de bombones. - Cubetas para semillas - Letreros de establecimientos. 7

8 5.3.- Moldeo por extrusión. Es el proceso que se emplea para fabricar productos largos, como tubos y rieles de cortinas. Los gránulos de plástico se echan en una tolva y caen en un tornillo sin fin. El tornillo fuerza al plástico a entrar por un tubo caliente donde se funde antes de forzarlo a entrar bajo presión por un troquel. El troquel tiene una forma que se corresponde a la del artículo que se quiere obtener. Cuando deja el troquel, el producto se enfría en un baño maría o con chorros de aire. Entonces la extrusión templada se corta en trozos. Los termoplásticos como el polietileno, PVC y el nailon (poliamida), se usan por lo general en extrusión. La pistola termofusible funciona por extrusión Resina granulada Tolva Tornillo Calefacción Extrusión Motor Troquel Refrigeración Moldeo por inyección Es el proceso de fabricación de artículos inyectando plástico fundido en un molde. Una máquina de moldeo por inyección es parecida a la que se emplea en extrusión, la diferencia está en que el tornillo de avance, además de alimentarla con el plástico de la tolva, se utiliza como ariete. El tornillo se mueve hacía atrás mientras gira, hasta que una cantidad medida de plástico está la posición adecuada, entonces el tornillo es empujado hacia delante por un pistón hidráulico, que fuerza el plástico fundido a entrar en el molde. El moldeo por inyección fabrica componentes y productos de formas complicadas. La producción es rápida y el proceso ocasiona muy pocos residuos. Entre los productos que se obtienen mediante moldeo por inyección, podemos destacar: - Cubos de basura a pedal, cuencos, cubos, tarros, cubiertos, recipientes. - Carcasas de electrodomésticos: secadores aspiradoras, batidores, etc. - Juguetes y juegos El polietileno, el poliestireno, el polipropileno y el nailon son materiales típicos de moldeo por inyección. Resina granulada Tolva Tornillo Calefacción Conductos de refrigeración Motor Pistón hidráulico Molde 8

9 5.5.- Moldeo extrusión y soplado Mediante una extrusora se da forma tubular al plástico fundido. A continuación se introduce en un molde y se insufla aire en su interior hasta que se adopta a la forma de las paredes. Entonces el molde se abre y se saca el productos. Esta técnica se utiliza para fabricar todo tipo de envases y otros objetos huecos. Inyección del material Soplado de aire a presión Refrigeración Desmolde Moldeo por compresión La fabricación por compresión se aplica fundamentalmente a plásticos termoestables. Se coloca el plástico en un molde de acero y se calienta para que se vuelva pastoso. El calor del molde inicia la reacción química conocida como degradación. Con una prensa hidráulica se aplica presión para que el plástico tome la forma del molde. Después de un corto periodo de tiempo la degradación concluye y se puede abrir el molde y sacar la pieza moldeada. Las piezas moldeadas tienen un acabado de primera calidad haciendo falta solamente quitar la rebaba. Se usa mucho para fabricar piezas que deben resistir altas temperaturas (mangos o asas de cacerolas o sartenes) o deban ser buenos aislantes eléctricos (portalámparas, cajas de fusibles). El fenol, la urea y la melanina-formaldehído, son materias típicas de moldeo por compresión. 9

10 5.7.- Moldeo centrífugo Los cuerpos huecos totalmente cerrados se fabrican por el procedimiento centrífugo rotativo, consiste en verter la cantidad de pasta necesaria para conseguir en el objeto el espesor de pared deseado, en el interior de un molde hueco de dos partes, que después de cerrado, se calienta en el interior de un horno, al tiempo que se hace girar. Con esto la pasta se distribuye uniformemente por fuerza centrífuga sobre las paredes interiores del molde, donde se gelifica. Una vez concluida la operación de moldeo, se para la máquina, se desmontan las dos mitades del molde, y se extrae el objeto moldeado Calandrado Consiste en verter plástico fundido sobre un grupo de rodillos con una pequeña apertura. Los rodillos generan una fina capa de polímero. Gran cantidad de laminados de PVC se fabrican de este modo. 10

11 Ejercicios: 1. Se te proporcionaran varios objetos de plástico. Trata de imaginar que proceso industrial (o procesos, ya que la solución no es única) se utilizó para obtenerlos. Botella de plástico. Carcasa de una impresora... Caja de vídeo Rueda de plástico de un juguete. Tubo de plástico o carcasa cilíndrica. Herramienta con mango de plástico. Embalaje de los bombones Embalaje con burbujas Cubo Lámina de plástico. 2. Trata de encontrar en qué propiedad o propiedades de los plásticos nos basamos para justificar su empleo en los siguientes usos: Mango de una sartén. Recubrimiento de un cable eléctrico. Traje de buceo Botella de lejía Botella de leche Tubería de aguas fecales Protección para embalaje Embalaje Fiambreras Embellecedores de los faros de los coches Juguetes Ruedas coche, moto, bici... Frasco de perfume Difusor de luz de una lámpara Sellado de ventanas, juntas... Marco de las ventanas Hilo de pescar Bancos, sillas, mesas de camping Ventanillas de un coche de policía 3. Ahora podemos razonar de forma contraria, es decir, qué propiedades hacen que no utilicemos los plásticos para : Cazo para hervir el agua Carcasa de un barco Baldas para libros Cristales de una ventana Parabrisas de un coche Vigas de una casa Eje de giro de una rueda Tijeras Las mesas y sillas de las aulas Bulbo de una bombilla Cuadro de una bicicleta Banco de trabajo de un taller Bisagra de una puerta 11