LOS POLÍMEROS (O MATERIALES PLÁSTICOS)

Transcripción

1 LOS POLÍMEROS (O MATERIALES PLÁSTICOS) QUÉ SON: Materiales artificiales compuestos fundamentalmente de carbono (C) junto con otros elementos como el hidrógeno (H), el oxígeno (O), el nitrógeno (N) o el azufre (S). CÓMO SON: 1. Las propiedades generales más destacables son: MECÁNICAS FÍSICAS QUÍMICAS Suficiente elasticidad y resistencia mecánica en general y algunos especialmente elevadas (Kevlar, fibra de carbono, etc.). Reducida dureza (con ciertas excepciones), lo que los hace fácilmente mecanizables (taladrado, corte, limado, etc.). Buenos aislantes eléctricos, térmicos y acústicos. Bajo punto de fusión, por lo que resulta fácil y económico su moldeo o conformado en caliente (por vacío, centrifugado, extrusión, etc.). Ligereza (baja densidad). Extraordinaria resistencia a la corrosión o degradación en la mayoría de ambientes (ácidos, disolventes, zonas marinas, etc.). Imposibilidad de mezcla entre polímeros diferentes por hacerse con compuestos variados e incompatibles entre sí; ello dificulta su reciclaje, debiendo ser seleccionados y separados antes de volverlos a transformar. 2. Presentaciones.- La mayoría de los polímeros o materiales plásticos son transparentes, incoloros y frágiles; estas propiedades se modifican al mezclarlos con sustancias aditivas que los hacen opacos, los colorean, endurecen o plastifican, dando colores, texturas y aspectos variadísimos: Láminas flexibles (bolsas o películas). Rígidos (perfiles o láminas más o menos delgadas). 3. Como residuos: 1 de 8 Filamentos para hilados, cordelería y tejidos. Pastosos (grasas, siliconas o resinas adhesivas o de sellado). La naturaleza no los puede degradar, por lo que al convertirse en residuos, para no colmatar los vertederos, han de ser reciclados, preferentemente para volver a fabricar nuevos productos con ellos (tras la oportuna selección por tipos y subtipos), como: tubos para riego por goteo, perchas para ropa, almohadillas para mobiliario, etc. Otra posibilidad es la incineración controlada para los objetos plásticos que no tengan otra salida y no emitan gases tóxicos al quemarse. De todos modos, siempre hay formas de aprovechar los productos plásticos de corta vida útil antes de desecharlos. Se te ocurre alguna? Ten en cuenta que: El plástico representa un 7% del peso total de la basura doméstica y ocupa un 20-30% del volumen en las naciones industrializadas. En la Unión Europea se recicla entre el 7 y el 8% del plástico. Cada año se fabrican en el mundo cerca de 100 millones de toneladas, mientras que se depositan en los vertederos once millones y medio de toneladas de plástico. Una de las materias primas se deriva del petróleo, un recurso no renovable.

2 Existen cerca de 50 tipos diferentes de plástico, pero incluso los más utilizados registran unos índices de reciclaje bastante bajos. CÓMO SE OBTIENEN Las materias primas más importantes para la formación de los polímeros son el petróleo y el gas natural, que están formados por compuestos de carbono muy simples llamados hidrocarburos. En las refinerías de petróleo se separan, por destilación fraccionada, los diferentes compuestos como el butano, los gasóleos o las gasolinas y otros como la nafta, de donde se derivan las sustancias de las que proceden los plásticos. También se utilizan sal, agua, paja, leche y desechos agrícolas o industriales transformados químicamente. Las industrias petroquímicas se ocupan de transformar estas materias primas en las llamadas sustancias intermedias o monómeros, como el etileno, el propileno, el butileno y otros hidrocarburos ligeros, que servirán de base para la obtención de los polímeros. El proceso de obtención final se llama polimerización: reacción química mediante la que se forman enormes cadenas de monómeros o moléculas elementales hasta constituir esas macromoléculas por las que estos materiales reciben el nombre de polímeros. Se presentan bajo la forma de una granza o granos (del tamaño de los de arroz) que se introducen en la máquina correspondiente para calentarlos y luego darles forma mediante diversas variantes de moldeo y mecanizado. La Revolución de los plásticos Hasta hace pocos años utilizábamos principalmente materiales como la madera, cerámica o metal. Los polímeros han sustituido a muchos de éllos por economía, por la facilidad con que adopta cualquier forma y, por tanto, por lo fácil que es fabricar objetos con ellos. TIPOS DE POLÍMEROS En las tablas de las dos siguientes páginas se relacionan los más destacables de los tres tipos principales de polímeros: 2 de 8

3 TERMOPLÁSTICOS A este grupo pertenecen los plásticos más utilizados. Pueden fundirse y moldearse (cambiar de forma) cada vez que se alcancen las bajas temperaturas (puntos de fusión; en torno a los 100ºC para el polietileno) a las que se vuelven fluidos. Esta característica se debe a que sus moléculas están colocadas libremente de forma lineal, no se cruzan ni enlazan. Una vez enfriados mantienen la forma adoptada. NOMBRES Poliamida (PA) Policarbonato (PC) Policloruro de vinilo (PVC) Poliestireno (PS) Polietileno (PE) Polietilentereftalato (PET) Polimetacrilato de metilo (PMMA) Polipropileno (PP) Poliuretano (PUR) Siliconas PROPIEDADES Y APLICACIONES Alta resistencia mecánica, al calor y a la degradación por la luz solar y por envejecimiento. Tapicerías, correas, cordajes diversos, medias y calcetines, hilos de coser, martillos (nailon); rodamientos; paracaídas; chasis de F1 (kevlar); etc. Excelentes propiedades mecánicas, muy resistente a impactos; transparente; no tiende a envejecer. Acristalamiento de seguridad, carcasas de baterías eléctricas, discos (CD y DVD), cascos de protección diversos (motorista, obreros ), biberones, etc. Algunas propiedades mecánicas desfavorables y tiende a degradarse con la luz solar y el calor. Tejidos impermeables, calzados y bolsos; aislamiento de cables eléctricos, material de construcción (como láminas de persianas y tuberías diversas) y decoración. Fácil moldeo y buena resistencia a los agentes atmosféricos (temperaturas extremas, lluvia, etc.). Rígido: envases diversos, platos y cubiertos, etc. Expandido (poliexpán): aislamientos, relleno de cascos de motorista y embalajes. Resistente a la corrosión; gran impermeabilidad ante los vapores y gases. Suficiente resistencia mecánica con finísimos espesores (polietileno de baja densidad o PEBD). Aislamiento de cables, tuberías, protección de superficies metálicas contra corrosión, platos y cubiertos; etc.; plástico película o de bolsa, para bolsas comerciales de mano y similares, protección de plantaciones agrícolas, etc. Extraordinaria resistencia mecánica, especialmente a la rotura por doblado, incluso en láminas delgadas; gran transparencia; no desprende olores ni sabores. Embotellado de líquidos alimentarios, como agua mineral, lácteos, aceites, etc. Excelentes propiedades mecánicas, de resistencia al impacto y de aislamiento eléctrico; transparente y de aspecto vítreo (como el cristal). Acristalamiento de seguridad, cubiertas de cabinas de aviones, óptica (lentes para gafas, cámaras fotográficas y faros), utensilios de laboratorio, carteles luminosos, etc. De dureza, rigidez y transparencia elevadas; fácilmente mecanizable e impermeable a los vapores y gases. Depósitos frigoríficos, botellas, recipientes (como los de los yogures), embalajes, jeringuillas, etc. Propiedades similares a las poliamidas (PA). Adhesivos, barnices, caucho y cuero sintéticos; espumas proyectables y rígidas, telas de paracaídas, etc. Buena estabilidad al calor y resistentes a las llamas y al envejecimiento; pueden ser líquidas o sólidas. Grasas, barnices, líquidos de expansión térmica, impermeabilizantes, cremas... 3 de 8

4 DUROPLÁSTICOS O TERMOESTABLES Sus macromoléculas forman redes íntimas entrelazadas y cerradas, resultando más duros y capaces de soportar mayores temperaturas, lo que a su vez impide volver a fundirlos y moldearlos por calor; si se intenta se descomponen y arden. NOMBRES Poliéster (UP) Epoxi (EP) Fenol-formaldehido (PF) o Baquelita Urea-formaldehido (UF) Melamina-formaldehido (MF) Politetrafluoretileno o Teflón (PTFE) Poliuretano (PUR) Siliconas PROPIEDADES Y APLICACIONES Buenas propiedades mecánicas; buen aislante acústico y del calor. Revestimientos en construcción; con fibra de vidrio en carrocerías y paragolpes de vehículos, en depósitos y piscinas; impermeabilización en edificios, piezas de rocódromos, etc. Resina termoplástica que adquiere al final carácter de termoestable. Muy resistentes y estables. Acabado de muebles, bicicletas, esquís, automóviles y aviación; revestimientos anticorrosivos, usos marinos y moldes. De gran resistencia mecánica y extraordinariamente duro; reproduce fielmente los detalles del molde; amarillea bajo la acción solar. Engranajes, tableros de decoración, impregnación de maderas, carcasas de teléfonos o de ventiladores, bases de enchufes e interruptores eléctricos, asideros para recipientes de cocina y similares, etc. Dura y tenaz, con excelentes cualidades de moldeo y fácilmente teñible. Aparatos telefónicos, cajas y aparatos de radio, interruptores y bases de enchufe eléctricos, etc. Resiste altas temperaturas y es muy buen aislante eléctrico. Aislante de componentes eléctricos y láminas para recubrir tableros de madera para muebles. Traslúcido e inalterable a elevadas temperaturas, a la luz solar y a agentes atmosféricos; grandes propiedades como aislante eléctrico; opone muy poca resistencia al rozamiento. Para toda clase de válvulas, retenes y juntas resistentes; en tuberías anticorrosivas y en engranajes y rodillos para fotocopiadoras; superficies antiadherentes, como en sartenes, cazos, etc. Como en TERMOPLÁSTICOS. Paneles para aislamiento térmico en carros de combate y acústico en submarinos; aislamiento eléctrico; etc. Como en TERMOPLÁSTICOS. Grasas, barnices, impermeabilizantes, cremas, lociones, perfumes, descongelantes y abrillantadores; prótesis, sondas y otros artículos de uso médico; etc. ELÁSTICOS O ELASTÓMEROS Poseen gran elasticidad, llegando a deformaciones de hasta ocho veces su tamaño original. Se debe a la disposición en forma de malla, con pocos enlaces, en la que se ordenan sus macromoléculas. NOMBRES Polietileno (PE) Poliuretano (PUR) Neopreno Siliconas Fibras como la Lycra y el Elastán. PROPIEDADES Y APLICACIONES Como en TERMOPLÁSTICOS. Elásticos para embalajes... Buen aislante eléctrico, térmico y acústico. Aislamientos eléctricos, térmicos y acústicos; adhesivos y gomaespumas; recubrimientos de protección en bajos de automóviles; etc. Gran elasticidad y resistencia a la corrosión. Trajes de submarinismo, tuberías y mangueras para líquidos, correas para transmisiones mecánicas, calzado impermeable; también se emplea en adhesivos y juntas estancas; etc. Como en TERMOPLÁSTICOS. Prótesis elásticas, juntas de sellado y aislantes (p. ej. en ventanas), tetinas de biberones y similares, etc. Buena resistencia mecánica con diámetros de fibra finísimos que permiten ser tejidos sin romperse. Prendas de vestir elásticas diversas: medias y pantis, camisetas, ropa interior, etc. 4 de 8

5 PROCESOS DE FABRICACIÓN DE OBJETOS CON POLÍMEROS En la mayoría de los procesos se utiliza el calor, pero dependiendo del tipo de polímero se utilizarán unos procesos industriales u otros (se indican las aplicaciones más significativas en cursiva). 1. CON TERMOPLÁSTICOS Por la disposición de su red molecular permiten gran variedad de procedimientos para la elaboración de todo tipo de piezas y objetos. Los procedimientos más utilizados, que se relacionan seguidamente, en su mayoría comienzan echando los gránulos en una tolva desde la que caen en un tornillo sin fin (o en un cilindro con un pistón) que los fuerza a entrar en un tubo caliente donde se funden: Moldeo por inyección: la masa pastosa, normalmente de PE, PP o nailon, se inyecta en un molde cerrado con la forma de la pieza. Cuando se ha enfriado, se abre el molde y la pieza es extraída. Barreños, cubos, carcasas para electrodomésticos, piezas para los automóviles, etc. Extrusión: la masa pastosa pasa por un cabezal o matriz que tiene la forma del objeto buscado. Cuando sale por el otro extremo se produce el enfriamiento y se trocea o enrolla. Diferentes perfiles, tubos o planchas de gran longitud, como tuberías, canalones, rieles de cortina, perfiles de ventanas, aislado de cables Soplado: Se insufla aire en una sección de tubo de plástico extrudido (aún caliente), haciendo que se expanda y tome la forma del molde. Entonces, tras un breve enfriado, el molde se abre y se saca el producto. Se aplica mayoritariamente con PE, PP y PVC. Botellas o recipientes huecos, muñecas, etc. Moldeado por vacío: Mediante una resistencia se calienta una lámina termoplástica, fijada sobre un molde, hasta que se vuelve blanda y elástica; luego se hace el vacío (extrayendo el aire de debajo) forzándola a tomar la forma del molde. Después del enfriamiento, la pieza endurecida se retira del molde. Bomboneras, hueveras, envases blíster y de yogures, salpicaderos de automóviles, etc. 5 de 8

6 2. CON TERMOESTABLES Dpto. de Tecnología del I.E.S. Trassierra. Córdoba. Como los termoestables no pueden volver a fundirse ni deformarse una vez que se ha fabricado la pieza, se trabaja con plásticos que no están totalmente polimerizados en forma de granos o líquido pastoso. El proceso final de polimerización se produce aplicando calor y presión en el momento en que se están fabricando las piezas. Recuerda que este proceso consiste en que se unen las moléculas cortas, llamadas monómeros, para formar largas moléculas, llamadas polímeros, que son las que constituyen el material plástico. Moldeo por compresión: entre las dos mitades de un molde (que suelen estar calientes) se deposita el polímero para conformar antes de que se cierren ambas mitades con gran fuerza; en este momento se produce la polimerización final, a la vez que la pieza toma su forma definitiva. Enchufes, mangos de cazos y herramientas, cubiertos, tapones para botellas, platos y similares, etc. Moldeo por impregnación de resinas: sobre un molde se extienden alternativamente capas delgadas de poliéster insaturado o epoxi y capas de fibra de vidrio o de carbono. Con fibra de vidrio depósitos, piscinas, barcos, etc. y con fibra de carbono las carcasas de aviones, material deportivo de élite, etc. 3. FABRICACIÓN DE PLÁSTICOS ESPUMADOS Algunos termoplásticos, termoestables y elastómeros pueden espumarse con aire y otros productos. De esta forma se consiguen materiales plásticos ligeros y esponjosos. Suelen utilizarse procesos similares al de inyección y extrusión para fabricar las piezas. Prendas de neopreno, goma-espuma, suelas de zapatos deportivos, paneles aislantes (poliexpán), etc. Actividad 1: indica con qué polímero fabricarías los siguientes objetos, indicando si es termoplástico, termoestable o elastómero: Impermeable, ventana, tetina de biberón., traje de submarinista, bolsa de supermercado, tubo de un bajante, sartén, enchufe, carrocería de Ferrari, mango de alicates, piscina, aislante de una pared, botella de agua mineral. Actividad 2: Habrás observado en los grandes centros comerciales, que existen máquinas para soldar las bolsas de plástico. Describe el funcionamiento de estas máquinas. Qué hacen con el plástico? 6 de 8

7 ACTIVIDADES Dpto. de Tecnología del I.E.S. Trassierra. Córdoba. 3.- Identifica de qué tipo de plástico están hechos al menos 5 productos. Debes saber que suelen aparecer unas siglas o un número, generalmente en la base, rodeadas por unas flechas que lo indican: 1 PET (Polietilentereftalato) 5 PP (Polipropileno) 2 PEAD (Polietileno de alta densidad) 6 PS (Poliestireno) 3 PVC (Vinílicos) 7 (Otros) 4 PEBD (Polietileno de baja densidad) 4.- A partir de qué materiales se obtienen los plásticos? Mediante qué proceso se logra? Explícalo. 5.- Comenta los tipos de plásticos que existen y sus principales características. 6.- Nombra los distintos procesos de fabricación de los plásticos y pon varios ejemplos de cada uno de ellos. 7.- Lee atentamente 5 etiquetas de tu ropa habitual y escribe el nombre de la fibra o material plástico con que están hechas. 8.- Relaciona los siguientes plásticos son su aplicación: MATERIAL PVC Neopreno APLICACIÓN Tubos, suelas de zapatos Goma-espuma (colchones) Poliéster y algodón Poliuretano elastómero Faro de coche Superficie de una sartén Teflón Casco de moto, DVD, Poliéster Enchufe, luz,.. interruptor Metacrilato Parachoques, piezas de rocódromos Policarbonato Baquelita ENLACES DE INTERÉS Traje de submarinista Sudadera, chándal,... TEMA LOS PLÁSTICOS 9.- Busca en la red el significado de las palabras subrayadas a lo largo del texto. 7 de 8

8 CONFORMACIÓN Y MECANIZADO MANUAL Las técnicas anteriores dan piezas acabadas en las que suele ser necesaria la elaboración o eliminación de ciertos detalles, para lo que se utilizan las siguientes técnicas de mecanizado (similares a las de trabajado de maderas y metales con la excepción del doblado): CORTE: Con la cuchilla para espesores rígidos medios (3 mm aprox.) y con tijeras para los menores. En algunos casos resulta conveniente calentar previamente algo el material para evitar el astillado. Los plásticos duros de grandes espesores se sierran. ASERRADO: Se puede efectuar a mano con sierra de dientes finos. Las sierras eléctricas, circulares o de cinta, como las que se usan para madera, también pueden utilizarse. TALADRADO: Las brocas ordinarias helicoidales pueden aplicarse al taladrado de materiales plásticos. Otras técnicas de mecanizado son: torneado, roscado, cepillado... DOBLADO: Consiste en calentar la línea del doblez hasta ablandar la lámina; cuando el plástico está suficientemente blando se puede plegar dándole la forma deseada; se suele emplear una plegadora que es una mesilla con una resistencia eléctrica. Las medidas de seguridad que se deben tener presentes cuando se manipulan materiales plásticos son parecidas a las que utilizamos cuando trabajamos con madera o metal, entre ellas tenemos las siguientes: - Nunca distraigas a nadie que éste trabajando con una máquina o con un equipo de trabajo. - No manipules indebidamente un equipo conectado a la red eléctrica. - Cuando utilices herramientas cortantes sepáralas de tí. - Usa mascarillas si realizas un trabajo que origine polvo. - Trabaja siempre en un sitio bien ventilado si estás pintando, trabajando con plástico reforzado con fibra de vidrio o utilizando cualquier materia que produzca gases. - Sujeta firmemente las piezas que vayas a cortar y utiliza guantes, pues los materiales recién cortados pueden tener bordes afilados. - Respetar y cumplir las normas propias de cada máquina o equipo de trabajo. FORMAS DE UNIÓN UNIONES FIJAS Pegado mediante Adhesivos Cohesión Soldadura Atornillado, remachado o clavado. Cosido UNIONES MÓVILES Con bisagras Tornillos pasantes 8 de 8