Propiedades atribuidas (sensoriales) de los materiales

Propiedades delos materiales

Propiedades delos materiales

Alberto Rosa + Francisco J. González MadarigaCuerpo Académico 381_Innovación Tecnológica para el DiseñoUniversidad de Guadalajara

atribuidas

Diseño

Propiedades

Precio y disponibilidad

Propiedades de producción, facilidad

de manufactura, fabricación, unión,

acabado...

Propiedades estéticas, apariencia, textura,

tacto

AtribuidasPropiedades

mecánicas de volumen

Intrínsecas

Propiedades de volumen no mecánicas

Propiedades superficiales

Cómo las propiedades de los materiales afectan la manera de diseñar productos

Pirámide de requerimientos

SatisfacciónEl producto debe mejorar la calidad

de vida

UsabilidadEl producto debe ser fácil de

entender y usar

FuncionalidadEl producto debe trabajar apropiadamente,

ser seguro y económico

Diseño de producto

Diseño industrial

Diseño técnico

Carácter de un producto

Función

ProductoCaracterísticas

Personalidad

UsabilidadProcesos

Materiales

Contexto

Psicología del productoFisiología del producto

Quién? Hombre, Mujer, Niño, Anciano...Donde? Casa, Oficina, Europa, Africa...Cuando? Día, Noche, Diario, Ocasionalmente...Por qué? Para cubrir una necesidad básica....Cerámica

PolímerosMetales

NaturalesComposites

Unión

Formado

Superficies

Adaptaciónfísica

Transferencia de información

BiométricaBiomecánica

OperaciónRetroalimentación

Estética

Asociaciones

Percepciones

Color, transparencia, forma, simetría, textura, sonido....

Poder, salud, aprendizaje, sofisticación, plantas, tec....

Serio, divertido, femenino, masculino, caro, barato....

Atributos percibidos de un producto

Agresivo_PasivoBarato_Caro

Clásico_ModernoInteligente_TontoComún_ExclusivoDecorado_Simple

Descartable_PerdurableFormal_Informal

Extravagante_ConservadorFemenino_Masculino

Elaborado a mano_Producción en serieCómico_Serio

Irritante_AmorosoMaduro_Juvenil

Nostálgico_Futurístico

Uso de materiales y procesos para crear la personalidad de un producto

CálidoFríoSuaveDuroFlexibleRígido

Táctil ResonanteApagadoRuidosoHuecoSólido

Auditivo

VisualSabor-olor ClaroTransparenteTranslúcidoOpacoReflectivoBrillanteMateTexturizado

DulcePicanteSolventes

Atributos estéticos de los materiales

Suave Duro

Cál

ido

Frío

Cerámicas técnicas

Metales

Composites

Mat. naturales

Polímeros

Espumas

PEPTFE

Espumas flexibles

PTFEPTFE

Espumas rígidas poliméricas

CorchoPiel

Madera

PMMA

Concreto

Aleac. Cu

Aleac. Al

Aleac. Mg

Cualidades táctiles de los materiales

Acero inox.

Aceros

Si C

Al2O3

CFRP

GFRP

Silicona

NeoprenoPP

Piedra

Ti

PVC

Uso de materiales y procesos para crear la personalidad de un producto 2

Expresión a través del material

Madera, textura superficial, vetas (patrones), colores y aroma específico. Es táctil, se percibe como un material cálido y con sonido propio.Representa tradición (artesanos, carpinteros), no existen dos piezas iguales; la madera enaltece: autos finos, muebles caros....

Metal, Frios, limpios y precisos. Sonido característico...Reflejan la luz cuando están pulidos, son “confiables”, representan “ingeniería”, se relacionan con robustez, confiabilidad, permanencia. Al igual que la madera, envejecen con dignidad.

Uso de materiales y procesos para crear la personalidad de un producto 3

Expresión a través del material

Cerámica y vidrio, tradición, color, resistencia a la abrasión, decoloración y corrosión, lo que brinda inmortalidad. Evocan artesanía, valor.Por otra parte las cerámicas técnicas inspiran alta tecnología (Challenger) y excelente desempeño.

Polímeros, baratos, imitación....Fáciles de colorear y moldear. Pierden el brillo fácilmente, se decoloran, no envejecen con dignidad....mala reputación. Son cálidos, son adaptables, son “infantiles”, humorísticos....y tienen mala fama con la tendencia ecología/sustentabilidad.

materialexplorer.com

Hacia la exploraciónsensorial del uso de losmateriales

Material

Other naturals

Country of origin

United States

Product code

ONA017

Sensorial

Glossiness Glossy

Translucence 0 %

Structure Open

Texture Coarse

Hardness Soft

Temperature Warm

Acoustics Moderate

Odeur None

Technical

Fire resistance None

UV Resistance Moderate

Weather resistance Moderate

Scratch resistance Moderate

Weight Light

Chemical resistance Poor

Renewable Yes

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Próxima frontera: Eco-materialesCHAPTER 3: The materials life cycle54

with low embodied energy and to minimize the amounts that are used. If manufacture is an important energy-using phase of life, reducing processing energies becomes the prime target. If transport makes a large contribution, seeking a more effi cient transport mode or reducing distance becomes the fi rst priority. When the use phase dominates, the strategy is to minimize mass (if the product is part of a system that moves), to increase thermal effi ciency (if a thermal or thermomechanical system), or to reduce elec-trical losses (if an electromechanical system). In general the best material choice to minimize one phase will not be the one that minimizes the oth-ers, requiring trade-off methods to guide the choice.

Implementation requires tools. Two sets are needed: one to perform the eco-audit sketched in the upper part of Figure 3.11 , the other to enable the analysis and selection of the lower part. The fi rst, the eco-audit tool, is described in Chapter 7. The second, that of optimized selection, is the sub-ject of Chapters 8 and 9. Tools require data. Chapter 12 of this book contains

Mat. Manu. Trans. Use

Ene

rgy

fract

ion

(%)

0

100Civil aircraft


Family car


Appliance (refrigerator)


Private house

Ene

rgy

fract

ion

(%)

0

100


Multi-story car park


Fibers (carpet)

FIGURE 3.10 Approximate values for the energy consumed at each phase of Figure 3.1 for a range of products (data from References 5 and 6). The disposal phase is not shown because there are many alternatives for each product.

Avión de pasajeros Auto familiar Electrodoméstico (refrigerador)

Estacionamiento Casa habitación Alfombra hecha a mano

Eco-auditoria para el diseño de productos

data sheets for materials, documenting their engineering and ecoproper-ties. 7 The engineering properties are familiar. The ecoproperties are less so; Chapter 6 explores them.

3.6 Summary and conclusion

Products, like organisms, have a life, during the course of which they inter-act with their environment. Their environment is also ours; if the interac-tion is a damaging one, it diminishes the quality of life of all who share it.

Life-cycle assessment is the study and analysis of this interaction, quantifying the resources consumed and the waste emitted. It is holistic, spanning the entire life from the creation of the materials through the manufacture of the product, its use, and its subsequent disposal. Although

7 The data sheets are a subset of those contained in the CES (2009) software, which also implements both the tools described here.

Assess energy/CO2over life

Materials

Manufacture

Transport

Use

Disposal

Ene

rgy

Materials Use DisposalManufacture

2. Design

1. Eco audit

Transport

Minimize

Mass of part

Embodied energy

CO2/kg

Minimize

Mass

Thermal loss

Electrical loss

Minimize

Process energy

Process CO2/kg

Minimize

Mass

Distance moved

Energy mode of transport

Select

Non toxicmaterials

Recyclablematerials

FIGURE 3.11 Rational approaches to the ecodesign of products start with an analysis of the phase of life to be targeted. Its results guide redesign and materials selection to minimize environmental impact. The disposal phase, shown here as part of the overall strategy, is not included in the current version of the tool.

Summary and conclusion 55

Nueva caracterización de materiales

ABS allows detailed moldings, accepts color well, and is nontoxic and tough .

Ecoproperties: material Annual world production *5.6 ! 106 – 5.7 ! 106 tonne/yr Reserves *1.48 ! 108 – 1.5 ! 108 tonne Embodied energy, primary production *91 – 102 MJ/kg CO 2 footprint, primary production *3.3 – 3.6 kg/kg Water usage *108 – 324 l/kg Eco-indicator 380 – 420 millipoints/kg

Ecoproperties: processing Polymer molding energy *10 – 12 MJ/kg Polymer molding CO 2 footprint *0.8 – 0.96 kg/kg Polymer extrusion energy *3.2 – 4.6 MJ/kg Polymer extrusion CO 2 footprint *0.31 – 0.37 kg/kg

Recycling Embodied energy, recycling *38 – 43 MJ/kg CO 2 footprint, recycling *1.39 – 1.5 kg/kg Recycle fraction in current supply 0.5 – 1 % Recycle mark

7Other

Typical uses. Safety helmets; camper tops; automotive instrument panels and other interior components; pipe fi ttings; home-security devices and hous-ings for small appliances; communications equipment; business machines; plumbing hardware; automobile grilles; wheel covers; mirror housings; refrig-erator liners; luggage shells; tote trays; mower shrouds; boat hulls; large com-ponents for recreational vehicles; weather seals; glass beading; refrigerator breaker strips; conduit; pipe for drain-waste-vent (DWV) systems.

Polymers 295 Acrylonitrile butadiene styrene (ABS)

The material. Acrylonitrile butadiene styrene, or ABS, is tough, resilient, and easily molded. It is usually opaque, although some grades can now be transparent, and it can be given vivid colors. ABS-PVC alloys are tougher than standard ABS and, in self-extinguishing grades, are used for the cas-ings of power tools.

Composition (CH 2 —CH— C 6 H 4 ) n

General properties Density 1010 – 1210 kg/m 3

Price 2.3 – 2.6 USD/kg

Mechanical properties Young’s modulus 1.1 – 2.9 GPa Yield strength (elastic limit) 18.5 – 51 MPa Tensile strength 27.6 – 55.2 MPa Elongation 1.5 – 100 % Hardness—Vickers 5.6 – 15.3 HV Fatigue strength at 10 7 cycles 11 – 22.1 MPa Fracture toughness 1.19 – 4.29 MPa.m 1/2

Thermal properties Glass temperature 88 – 128 °C Maximum service temperature 62 – 77 °C Thermal conductor or insulator? Good insulator Thermal conductivity 0.188 – 0.335 W/m.K Specifi c heat capacity 1390 – 1920 J/kg.K Thermal expansion coeffi cient 84.6 – 234 µ strain/ °C

Electrical properties Electrical conductor or insulator? Good insulator Electrical resistivity 3.3 ! 1021 – 3 ! 1022 µ ohm.cm Dielectric constant 2.8 – 3.2 Dissipation factor 0.003 – 0.007 Dielectric strength 13.8 – 21.7 106 V/m

CHAPTER 12: Material profiles294

RecoveryWaste, whether melt or used parts, consisting solely of Terlux® can berecovered, i.e. can be fed back to the process as regrind (cf. Repro-cessing, above). Depending on the age and wear of the used parts tobe mechanically recycled, certain properties may have changed. It istherefore important to check whether the recycled material is suitablefor the intended application.

C!smetics packa"in"

THePr

oCeS

SIngoFTe

rlu

x®

Vacuum cleaner housing

!1

RecoveryWaste, whether melt or used parts, consisting solely of Terlux® can berecovered, i.e. can be fed back to the process as regrind (cf. Repro-cessing, above). Depending on the age and wear of the used parts tobe mechanically recycled, certain properties may have changed. It istherefore important to check whether the recycled material is suitablefor the intended application.

C!smetics packa"in"

THePr

oCeS

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x®

Vacuum cleaner housing

!1

ABSacrilonitrilo-butadieno-estireno

Estrategia demateriables sustentables

Asientos

Baterías

Llantas

Tecnología eIngeniería de laMadera

Estambrepost-industrial

Plásticos depost-consumo

Puertas

Poliuretano abase de soya

Materiales reciclables salen

Materiales eco-amigables entran

ecolect.com

¿Que nos deja todo esto?

La innovación es vital en el desarrollo actual de productos. Es percibida como la integración de un buen diseño técnico, que provee funcionalidad, que toma en cuenta las necesidades del usuario en el diseño de la interfase y que a través de un diseño industrial creativo logra un producto atractivo para el usuario.

Los materiales juegan un papel central para lograr estos fines.

La funcionalidad depende de una adecuada elección del material y los procesos productivos, de que cumplan los requerimientos técnicos de diseño seguro y económico.

La usabilidad depende de las propiedades visuales y táctiles de los materiales para

aportar información y responder a las interacciones del usuario.

Por encima de todo, la estética, las asociaciones y las percepciones del producto están fuertemente influenciadas por la elección del material y su procesado, dotando al producto de personalidad característica.

El buen diseño funciona; El diseño excelente también brinda placer.

Y el uso creativo de los materiales ayuda a lograrlo.....