LOS MATERIALES CERÁMICOS, LOS POLÍMEROS Y LOS NANOMATERIALES.

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1 LOS MATERIALES CERÁMICOS, LOS POLÍMEROS Y LOS NANOMATERIALES. ÍNDICE MATERIALES CERAMICOS POLIMEROS Materiales cerámicos no cristalinos. Clasificación Diagramas de fases de los materiales cerámicos. 1. SiO 2 -Na 2 O. 2. SiO 2 -Al 2 O 3. Conformación de materiales cerámicos. Preparación de materiales. Técnicas de conformado. Tratamientos térmicos. Secado y eliminación de aglutinante. Sinterización. Vitrificación. Rotura de materiales cerámicos. Clasificación de los polímeros. 1. En función del mecanismo de la reacción. 2. En función de la estructura del polímero. 3. En función del comportamiento frente al calor. Polimerización por mecanismos de adicción. Polimerización por mecanismos de condensación. Conformación de polímeros. Técnicas de conformado de polímeros termoplásticos. Extrusión. Moldeo por soplado. Moldeo por inyección. Conformado al vacío. Calandrado. Hilado. Moldeo por compresión. Moldeo por transferencia. Termoplásticos Polietileno. PVC. PP PMMA Náilones Policarbonatos. Poliésteres. Elastómeros Caucho natural. Neopreno. Silicón. Termoestables Fenólicos Resinas epoxi. Poliésteres insaturados. NANOMATERIALES (esta parte no)

2 1. MATERIALES CERÁMICOS Compuestos en los que sus átomos se unen mediante enlaces iónicos y covalentes. Generalmente son duros y frágiles. Son cerámicos los ladrillos las tejas y la porcelana. Materiales cerámicos no cristalinos. Vidrios de silicato Este tipo de vidrios contienen óxidos adicionales que actúan como óxidos formadores de vidrio. La sílice se comporta como formadora de vidrios. Los iones de sodio y de calcio pueden provocar la desvitrificación o cristalización al llenar alguno de los intersticios que quedan en la desordenación. Vidrios modificados de silicato Los óxidos modificadores rompen la red de sílice cuando la relación oxígeno-silicio se incrementa. Vidrios no silicatados Los vidrios producidos a partir del fosfato de aluminio o de boro, presentan una estructura tetraédrica. Diagramas de fases de los materiales cerámicos. 1. SiO2-Na2O: las adiciones de otros óxidos a la sílice actúan como fundentes y reducen la temperatura de líquidus de la solución. 2. SiO2-Al203: el sistema binario sílice-alúmina constituye la base para muchas de las arcillas y refractarios comunes. La mulita se encuentra presente en este sistema. Conformación de los materiales cerámicos Preparación de materiales. La mayor parte de los productos están fabricados por aglomeración de partículas. Se pueden añadir otros constituyentes como aglutinantes y lubricantes. Técnicas de conformado. 1. Prensado en seco: se utiliza para fabricar productos refractarios y componentes cerámicos electrónicos. Tiene lugar al compactar los polvos finalmente granulados de las materias primas con pequeñas cantidades de agua en un troquel. 2. Compactación isostática: los polvos cerámicos se cargan en caucho que se encuentra en una cámara de fluido hidráulico al que se le aplica la presión. Después se calienta para obtener la microestructura deseada. Destacan las bujías, crisoles y herramientas de carbono. 3. Compresión en caliente: se obtienen piezas de alta densidad y propiedades mecánicas optimizadas, combinando la presión y los tratamientos térmicos. 4. Moldeo en barbotina: Tratamientos térmicos. Secado y eliminación de aglutinante. Es necesario eliminar el agua del cuerpo cerámico plástico antes de someterlo a altas temperaturas. Sinterización. Proceso mediante el cual pequeñas partículas en estado sólido se unen por difusión. Se pretende transformar un producto poroso en otro compacto. Para ello en primer lugar se obtiene el material en forma de polvo, posteriormente se compactan a altas presiones, lo que produce una soldadura en frio y por último se utilizan altas temperaturas. Vitrificación. Determinados productos cerámicos contienen una fase vítrea que sirve como medio de reacción para que la difusión pueda tener lugar a menor temperatura. Mientras dura el tratamiento a altas temperaturas, la fase se licua y pasa a rellenar los poros del material. Rotura de los materiales cerámicos Las cerámicas suelen ser materiales poco tenaces y, además, presentan el llamado de la fractura frágil que consiste en la amplificación del esfuerzo en las grietas (defectogriffith).

3 2. POLÍMEROS. Moléculas gigantes de origen orgánico que tienen pesos moleculares muy grandes. El proceso químico para obtenerlos es la polimerización. Los polímeros son ligeros resistentes a la corrosión y aislantes eléctricos, con poca resistencia mecánica. A/ Clasificación de los polímeros. - En función del mecanismo de la reacción de polimerización: por adicción se forman uniendo moléculas simples mediante enlaces covalentes. Por condensación se producen mediante una reacción química que puede originar un producto como el agua. - En función de la estructura del polímero: las cadenas pueden formarse por reacciones de adicción o condensación. Las redes son estructuras tridimensionales que se forman mediante una reacción de adicción o condensación. - En función del comportamiento del polímero frente al calor: termoplásticos termoestables y elastómeros. Los termoplásticos se comportan como plásticos a elevadas temperaturas. Los termoestables formados por reacciones de condensación y tienen estructura de red. Los elastómeros son capaces de deformarse elásticamente sin cambiar permanente su forma. B/ Polimerización por adicción. Tiene lugar porque el monómero posee un doble enlace covalente entre dos átomos de carbono. El proceso de polimerización se puede detener por medio de dos mecanismos: 1- Los extremos de dos cadenas en crecimiento pueden unirse para formar una sola cadena más larga. 2- El extremo activo de una cadena puede atraer a un grupo iniciador OH el cual termina la cadena C/Polimerización por condensación. Por la acción del calor, de la presión o de un catalizador se pueden mantener polímeros lineales por reacción De condensación. La polimerización termina cuando ningún monómero alcanza el extremo de la cadena. D/ Grado de polimerización. El grado de polimerización es el cociente entre la masa molecular del polímero y la masa molecular del monómero E/ Conformación de polímeros. Existen diversas técnicas para conformar los polímeros termoplásticos, que se calientan a una temperatura cercana a su punto de fusión para que el polímero se convierta en plástico o liquido y que posteriormente es inyectado en un molde. Sin embargo, existen pocas técnicas de conformado para polímeros termoestables debido a que una vez ocurrida la polimerización y definida una estructura reticular no se pueden volver a conformar. De la misma manera los elastómeros no se pueden volver a conformar de nuevo después de la vulcanización. F/ Técnicas de conformado de polímeros termoplásticos. - Extrusión. Un mecanismo de tornillo fuerza al termoplástico caliente a fluir a través de una boquilla para producir formas solidas. - Moldeo por soplado. Un globo caliente de polímero se introduce en un molde mediante un gas a presión se expande contra las paredes del molde y se obtienen botellas plásticas.

4 - Molde por inyección. Los termoplásticos calentados por encima de la temperatura de fusión se pueden introducir dentro de un molde cerrado. Un embolo ejerce la presión para forzar al polímero dentro del molde. - Conformado al vacio. Las láminas termoplásticas calentadas dentro de la región plástica se colocan sobre un molde conectado a un sistema de vacío. El vacio tira de la lámina que se proyecta sobre el molde adoptando su forma. - Calandrado. Se vierte plástico fundido sobre un grupo de rodillos con una pequeña apertura. Los rodillos generan una fina capa de polímero. - Hilado. Se obtienen filamentos y fibras. El polímero termoplástico es forzado a pasar a través de una boquilla horadada por multitud de pequeños agujeros. - Moldeo por compresión. Los termoestables pueden conformarse colocando el material solido en un molde caliente. La aplicación de temperaturas y presiones altas implica que el polímero licue, llene el molde y empiece a endurecerse. - Moldeo por transferencia. Se calienta el polímero en un intercambiador y después del fundido se inyecta en el molde adyacente. TERMOPLASTICOS - Polietileno. Material entre transparente y blanquecino que se fabrica en delgadas películas. Se pueden obtener derivados coloreados mediante colorantes. Existen dos tipos de polietileno: LDPE, de baja intensidad y HDPE, de alta intensidad. Es el más utilizado por su bajo coste y sus grandes aplicaciones industriales. Destacan la tenacidad, la flexibilidad, la resistencia a la corrosión y sus propiedades aislantes entre sus propiedades. Se emplean para fabricar contenedores, tubos, varillas y artículos para el hogar. - Cloruro de polivinilo (PVC). Es el segundo más empleado. Su gran uso es debido a su resistencia química y su facilidad para ser mezclado con aditivos. El PVC sin aditivos es difícil de procesar y tiene una resistencia al impacto baja. S e utiliza en la construcción de tuberías, ventanas y molduras. En el PVC plastificado la adicción de plastificantes aumenta la plasticidad, flexibilidad y extensibilidad. Se usa para zapatos, chubasqueros, cableados eléctricos y electrodomésticos. - Polipropileno (PP). Es el tercero más vendido y uno de los más baratos. Entre sus propiedades destacan la resistencia química, la dureza superficial y la flexibilidad. Se emplea para productos del hogar y como material de protección. - Poli metacrilato (PMMA). Es duro, rígido y transparente, además es más resistente al impacto que el vidrio. Se utiliza para acristalar aviones y para las lunas traseras de los automóviles. - Poliamidas. Son procesables por fusión. Los náilones ofrecen buena tenacidad, baja fricción y buena resistencia química. La mayoría son procesados por extrusión e inyección. - Policarbonatos. Tienen alta resistencia, tenacidad y estabilidad dimensional. Son buenos aislantes térmicos y transparentes. Son resistentes a varios productos químicos pero atacados por algunos disolventes. Se usa en pantallas de seguridad, levas, engranajes y cascos. - Poliésteres. Tienen características de baja absorción de humedad y son resistentes a muchos productos químicos y aislantes.

5 ELASTÓMEROS Se emplean en aplicaciones eléctricas y electrónicas como conectores y enchufes. Industrialmente en bombas impulsoras y válvulas. En automoción, en rotores, controles de inyección de combustible y medidores de velocidad. Caucho natural. La materia prima para obtener el caucho es el látex, que es un líquido lechoso que se extrae de un árbol tropical. El caucho se somete a vulcanizado, por el cual las moléculas de polímero se unen unas con otras para dar origen a moléculas más voluminosas. Tienen una resistencia a la tracción baja. Neopreno Es un caucho sintético. Los neoprenos poseen mala flexibilidad a bajas temperaturas, y una buena resistencia frente a la gasolina y los aceites. Se utilizan como recubrimientos de cables, alambres y mangueras. Cauchos de silicona. Silicón. El átomo de silicio es capaz de formar moléculas de polímeros mediante enlaces covalentes. Se emplean como selladores, juntas de materiales, aislantes eléctricos, cables de encendido y cebadores de bujías. TERMOESTABLES Fenólicos. Forman parte de los primeros polímeros utilizados (bakelita) y se siguen utilizando por su bajo coste y por sus buenas propiedades como aislante térmico y eléctrico. Son fácilmente moldeables, pero están limitados en el color. Poseen elevada dureza, rigidez y una notable resistencia química. Resinas epoxi. Su bajo peso molecular en estado líquido les proporciona una elevada movilidad molecular, y se comportan como buenos lubricantes. Se usan como recubrimientos protectores y decorativos por su buena adhesión y gran resistencia mecánica y química. Se emplean para recubrir latas y baterías. En electrónica son usadas, debido a su resistencia dieléctrica. Poliésteres insaturados. Son materiales de baja viscosidad, susceptibles de ser mezclados con grandes cantidades de materiales de relleno y reforzantes; se pueden mezclar hasta con un 80% de fibra de vidrio reforzada. Los poliésteres insaturados con fibra de vidrio son utilizados para fabricar paneles de automóviles y prótesis. También se usan para cascos de botes pequeños y cuando se requiere una gran resistencia a la corrosión, se utilizan para hacer tuberías, tanques y conducciones. BIBLIOGRAFIA: libro de texto de tecnología industrial II de McGraw Hill y la página web Wikipedia. REALIZADO POR LOS ALUMNOS: ANDONI TAJUELO, ADRIÁN DOMÍNGUEZ, DIEGO GUTIÉRREZ Y JESÚS GIRALDO DE 2ºB DE BACHILLERATO.