Ud 09. materials no metàl·lics

UD 09. Materials no metllics

IntroducciObjectius Didctics

Abans de comenar...

ContingutsEls plsticsPolmers i plstics

Elaboraci d'objectes plstics

Estructures moleculars dels polmers

Additius

Propietats dels polmersPropietats i aplicacions dels principals polmers

Reciclatge de polmers


Continguts (II)Les fustesFusta natural

Fusta artificial

Les cermiquesArgiles

Ciments

Refractaris

Vidres

Abrasius


Continguts (III)Les fibres txtilsProcs industrial d'obtenci

ClassificaciNaturals

Artificials

Sinttiques

Propietats i aplicacions

Els materials compostosFormigons

Resines reforades amb fibres

Contraplacats i emparedats


Objectius DidcticsConixer les propietats dels diferents materials estudiats i relacionar-ho amb la seva aplicabilitat

Entendre com l'estructura interna dels materials condiciona el seu comportament

Entendre com es formen els plstics i saber-los classificarAplicar el mateix coneixement a les fibres txtils

Aprendre a filtrar informaci tot consultant diferents fonts

Fer presentacions en pblic de temes tcnics


Abans de comenarRecordem les propietats...Duresa?

Mdul elstic?

Resistncia a la fatiga?

Resilincia?

Sabem qu s un polmer?

Propietats dels enllaos covalents?

UD 09. Els plstics

Plstics: sn polmersFormats per monmers units entre s

Exemple: polietil

Plstics o resines: polmers orgnicsCadenes C, H, O i tamb Cl, F, N o Si

Segons el seu origenNaturals: de manera espontnia als productes naturalsCellulosa, cautx...

Artificials: per modificaci dels naturalscelluloide, viscosa...

Sinttiques: sntesi industrial: PVC, PP, PA...

UD 09. Els plstics

Propietats avantatjosesFacilitat per elaborar peces acabades de les MMPPProcs rpid, senzill i barat

Ms barat el procs que la matria primera

LleugeresaDensitats entre 0,92 i 1,6 g/cm3 (amb alguna excepci)

Alumini: metall lleuger: 2,7 g/cm3

Resistncia a agents atmosfricsMetalls: corrosi

Els plstics sn resistents: no necessiten protecci

Per: no biodegradables

UD 09. Els plstics

Elaboraci d'objectes de plsticSntesi dels polmersSntesi a partir de: gas natural, petroli i carb

Nom dels processos: polimeritzaciPoliaddici i policondensaci

PoliaddiciEls monmers reaccionen entre s fins a formar el polmer

Quantitat de monmers al polmer: grau de polimeritzaci

Cal controlar aquest valor: en depenen les propietats

Obtenim: homopolmers i copolmersHomopolmers: el mateix tipus: PP, PE

Copolmers: dos o ms monmers: Acetat de Vinil

UD 09. Els plstics

Elaboraci d'objectes de plstic (II)Sntesi dels polmers (II)PolicondensaciS'allibera una petita molcula: en general aigua

Ex: PET (polietilen tereftalat), PA (nil), etc

Processos de conformaci dels polmersMMPP: en forma de plvora, gel, granulat, pastilles...

Ara els processem industrialment: conformaciExtrusi

Emmotllament: per extrusi i bufament, per injecci, per escumeig, per buit i per compressi

Calandratge

UD 09. Els plstics

Elaboraci d'objectes de plstic (III)Processos de conformaci dels polmers (II)Extrusi: Obtenim objectes llargs: tubs i perfils

UD 09. Els plstics

Elaboraci d'objectes de plstic (IV)Processos de conformaci dels polmers (III)Emmotllament per extrusi i bufamentObtenim objectes buits: ampolles, pilotes...

UD 09. Els plstics

Elaboraci d'objectes de plstic (IV)Processos de conformaci dels polmers (III)Emmotllament per extrusi i bufamentObtenim objectes buits: ampolles, pilotes...

UD 09. Els plstics

Elaboraci d'objectes de plstic (V)Processos de conformaci dels polmers (IV)Emmotllament per injecciPeces automoci, carcasses electrodo- mstics.

UD 09. Els plstics

Elaboraci d'objectes de plstic (VI)Processos de conformaci dels polmers (IV)Emmotllament per escumeigCal afegir-hi un additiu escumant

Ho podem dins del motlle i escalfem

Augmenta el volum fins ocupar tot l'espai disponible

Gran massa slida per esponjosaBaixa densitat i conductivitat: aire atrapat

Farcit de tapisseries

Allaments trmics i acstics...

UD 09. Els plstics

Elaboraci d'objectes de plstic (VII)Processos de conformaci dels polmers (V)Emmotllament per buitEmbalatges poc profunds

Objectes grans amb formes complicades

UD 09. Els plstics

Elaboraci d'objectes de plstic (VIII)Processos de conformaci dels polmers (VI)Emmotllament per compressiPolmers termoestables: endolls, mnecs d'estris de cuina

UD 09. Els plstics

Elaboraci d'objectes de plstic (IX)Processos de conformaci dels polmers (VII)Calandratge: Fabricaci de lmines

UD 09. Els plstics

Estructures moleculars dels polmersEstructures possiblesLineal

Ramificada

Entrecreuada

Reticulada

UD 09. Els plstics

Estructures moleculars dels polmersEstructura linealCadenes llargues i flexibles

Es comporten com massa d'espaguetis

Exemples: PE, PS i PVC

Estructura ramificadaPetites reaccions en el procs de sntesi

Polmers menys resistents mecnicament

Tant els lineals com els ramificats: termoplsticsProcs reversible: s'estoven en escalfar-se i viceversa

UD 09. Els plstics

Estructures moleculars dels polmers (II)Estructura entrecreuadaCom una xarxa de pescar

Malla que podria ser plana: permet gran deformaciEls enllaos no es trenquen

Sn elastmers: plstics amb comportament elsticPoden ser deformats amb facilitat: no es trenquen els seus enllaos ni la seva estructura

Exemples: cautx, neopr

UD 09. Els plstics

Estructures moleculars dels polmers (III)Estructura reticuladaTamb una xarxa per ms complexaTridimensional

No permet deformacions sense trencament d'enllaos

Estructura rgida

Enllaos covalents entre molculesSi trenquem enlla: trenquem molcula

Sn termoestablesS'endureixen en escalfar-se per primer cop: es produeix la reticulaci

No els podem tornar a estovar

UD 09. Els plstics

Els additiusPer modificar les propietats dels polmersCrreguesSubstncies minerals (slice, vidre) o vegetals (paper, cot...)

Milloren resistncia mecnica i tenacitat

Abarateixen el producte

PlastificantsSubstncies orgniques: parafines, glicerina...

Redueixen duresa i fragilitat millorem ductilitat i tenacitat

Per a l'elaboraci de polmers frgils a T ambient: PVC

EstabilitzantsPPQQ que augmenten resistncia a UV i l'oxidaci

UD 09. Els plstics

Els additius (II)ColorantsDonen color al polmers

Poden ser pigments o colorants (aquests ltims s'incorporen a l'estructura del polmer)

IgnfugsRetardants de flama

Dificulten inflamaci i propagaci de la flama

Emprats a fibres, joguines... doncs polmers: la majoria inflamables

DesemmotllantsSubstncies orgniques per facilitar l'extracci del motlle

LubrificantsMilloren lliscament sobre superfcies

UD 09. Els plstics

Propietats dels polmersDades generalsMenys resistents a la tracci i ms dctils que els metalls

Valors de propietats mecniques: molt variats

Solen millorar les propietats mecniques amb el grau de polimeritzaci

Dades molt dependents de la Temperatura

Resistncia a l'impacteIgual assaig que metalls: pndol de Charpy

T baixes: normalment frgil, anem pujat: passem a frgil-dctil i finalment la resistncia tendeix a zero

UD 09. Els plstics

Propietats dels polmers (II)Lmit / Resistncia a la fatigaValors ms baixos que els metalls

Resistncia a torsi: proporcional a tracci

Duresa: igual assaig que metalls

UD 09. Els plstics

Classificaci dels polmers

UD 09. Els plstics

Reciclatge dels polmersConsum creixentMolts d'ells: embalatges, cicle de vida curt

Un cop deixen de ser tils: residusImpacte mediambiental

Inalterables durant molts anys

L'opci ms lgic: reciclatgeTenim actualment tres viesReutilitzaci

Pirlisi

Incineraci

UD 09. Els plstics

Reciclatge dels polmers (II)ReutilitzaciA partir de residus termoplsticsSelecci, neteja i trossejat

Tenen limitacions: no es poden emprar amb finalitats alimentries

PirlisiApliquem T elevades en absncia d'oxigenAmb oxigen: tindrem oxidaci

Obtenim PPQQ primaris per elaborar nous polmers

UD 09. Els plstics

Reciclatge dels polmers (III)IncineraciRecuperem part de l'energia emprada a la seva obtenciAlguns processos d'incineraci: contaminants: PVC

Obliga a prendre mesures ad-hoc

Processos de reciclatge: depenen de cada polmerCal seleccionar els tipus de plstic

Porten gravats smbols identificatiusFaciliten la seva identificaci

UD 09. Els plstics

Reciclatge dels polmers (IV)

UD 09. Les fustes

Molcules de cellulosaReforades per polmer: lignina

Estructura no homognia

Emprada des de la prehistriaMaterial de construcci

Elaboraci d'eines

Decoraci

Avui dia: multitd d'aplicacions

UD 09. Les fustes

Fusta naturalObtinguda dels arbresTala i desbrancatge i finalment: serradora

Es classifiquenFusta tova: fulla perenne: avet o pi

Fusta dura: fulla caduca: roure o faig

A diferncia de metallsLa resistncia depn de la direcci en qu apliquem la foraMaterial no homogeni

Eixos de simetria: longitudinal, radial i tangencial

UD 09. Les fustes

Fusta natural (II)

UD 09. Les fustes

Fusta natural (III)Fusta acabada de tallar: fusta verdaContingut alt d'humitat

No es pot utilitzar (assecatge previ)Finalment: 10-15% d'humitat

Assecatge: la fusta pateix contracciMs densitat i resistncia

No homogeni: longitudinal (0,1%), radial (4%), tangencial (10%)

Posteriorment: serratge i ribotejatDimensions i aspecte definitius per ser comercialitzada

Finalment: protecci: vernissos i pinturesMaterial pors: absorbeix humitat i fongs

UD 09. Les fustes

Fusta artificialEs presenten en forma de taulers

Taulers de xapes (contraplacats)Encolem xapes de fusta natural

Direccions de les vetes: formen angle de 90 grausMolt resistent en totes les direccions

AplicacionsElements resistents per a construcci: cobertes de naus, piscines...

Resisteixen b canvis de T i humitat

UD 09. Les fustes

Fusta artificial (II)Taulers de partcules (aglomerats)A partir d'encenalls de grandria controlada

Encolades amb resines de formaldehid i premsades

Menys densos i resistents que fusta natural i contraplacada

No suporten b la humitat (prdua de resistncia)Actualment: es millora amb resines ad-hoc

Taules de fibres (Tablex i DM)Tablex: Fibres de fusta molt petites (ms que aglomerats)Premsades humides i sense encolar (amb aprest hidrfob)

Seques: dures per no resistents i sensibles a humitat (deformacions)Fons d'armari i calaixos

UD 09. Les fustes

Fusta artificial (III)Taules de fibres (Tablex i DM) (II)DM: Tamb fibres de fusta molt petites (ms que aglomerats)Premsades en sec i encolades amb resina sintticaDesprs es torna a premsar en calent

Tauler fora dur, textura homognia i finaPermet la mecanitzaci

Segons l'acabat pot resistir la intemprie

Taulers de llistons (enllistonats)A partir de llistons de fusta tova encoladaRevestits per les dues cares amb dues o quatre xapes de fustaAmb la veta entrecreuada

Resistncia entre aglomerat i contraplacat

UD 09. Les fustes

Fusta artificial (IV)Xapes naturalsTalls tangencials del tronc amb fulles de tall especialGruixos d'entre 0,3 i 0,6mm

Per fer contraplacats: gruixos 1,6 a 3,2mm de fusta

Xapes sinttiquesA partir de resines sinttiquesMelamina formaldehid (melamina) o fenol formaldehid (frmica)

Sn termoestablesHi podem incorporar acabats diferents (o imitar-ne la natural)

UD 09. Les fustes

UD 09. Les cermiques

Classificaci (segons les seves aplicacions)Argiles

Ciments

Refractaris

Vidres

Abrasius

ArgilesEs troben fcilment a la naturaEn afegir-hi aigua: massa plstica (podem donar-li forma)


Argiles (II)ComposiciSiO2 slice i Al2O3 (almina) (aprox. 80%)

Resta: xids

Porcellanes: 50% argila, 25% quars i 25% feldspats

La massa adquireix propietats de cermica:Procs d'assecatge i posterior cocciEn forn a 700-1400 C

Dins de les argiles podem distingir:Estructurals: emprades en: maons, totxanes, teules...

Porcellanes: sanitaris, vaixelles, allants, proteccions dentals...


CimentsAqu tenim diferents materials cermics:Ciment prtland, el guix i la cal

Barrejats amb aigua massa plstica (com l'argila)Fcil de conformar

Desprs d'un temps: s'agafa i s'endureix

Diferncia vs l'argilaL'enduriment no es produeix per evaporaci i cocci

Procs: reaccions qumiques amb l'aigua

Argila: no s'endureix amb aigua, el ciment sS'aplica a estructures submarines: ciments hidrulics


Ciments (II)Procs:Escalfament a 1400C en forn giratori

Proporcions adients de pedra calcria i argilaProducte obtingut: clnquer

El clnquer es tritura molt fi i es barreja amb guixObtenim aix el ciment prtland

AplicacionsPer elaborar morter (amb sorra) o formig (sorra + grava)Emprat en edificaci: fonaments, pilars, bigues...


RefractarisCaracterstiques principalsSuporten altes T

No reaccionen qumicament amb altres elements

Sn allants trmics

Composici i propietatsAlmina (Al2O3), slice (SiO2) i magnsia (MgO)

Segons qui predomina: refractaris d'argila, cids o bsics

Refractaris d'argilaAguanten T al voltant de 1580C

No tenen bones propietats mecniquesInterior de forns i allant d'estructures resistents


Refractaris (II)Composici i propietats (II)Refractaris cidsSuporten T de fins a 1650C

Tenen millors propietats mecniques

Suporten b les escries cides (base slice)Construcci de sostres arquejats de forns d'acer i vidre

Refractaris bsicsEn forns que tracten escries riques en magnsia i cal

Atacarien el refractari cid


VidresMaterials cermics

Fusi de slice amb altres xids

Slids amorfsA T ambient poden ser considerats lquids de gran viscositat

Amb gran transparncia

Frgils i durs

ProcsEscalfament en forn de MMPP fins a la seva fusi

Vidres comuns: introdum slice en forma de quars, la sosa en forma de cendra i la cal com a pedra calcria (carbonats)


Vidres (II)Un cop aconseguida la fusi: li donem forma

Es fa a T < T fusiAugmentem la seva viscositat

Comportament plstic, apliquem tcnicaLaminatge, premsatge, bufament, estirament, trefilatge


Vidres (III)Si el refredament s massa rpid: tensions internesVidre trencads

Podem fer: recuita del vidreEscalfament a t < T fusi i refredament lent

Portes grans i vidres de vehicles: gran resistnciaTremp del vidreEscalfament a T adequada

Refredament superficial rpid

Introdueix tensions internes controlades: superfcie sotmesa a compressi: Vidre ms resistent

Altres aplicacions: Pyrex, fibra de vidre o vitrocermica


AbrasiusEmprats per polir, esmolar i tallar acers, metalls, roques...

Necessitem materialsMs durs (o no el penetrarem / ratllarem)

Resistents al desgast (perqu durin)

Tenaos perqu no es trenquin)

Refractaris (es produeixen altes T)

Material ms dur: diamants car i frgil (no adequat per a moltes aplicacions)

Les cermiques abrasives ms habituals:SiC, almina fosa, WC, ZrO2


Abrasius (II)PresentaciEn forma de plvores: Soltes

Fixades en lmines (teles esmeril).

Aglomerades amb resines orgniques: moles

Sinteritzades en forma d'eines de tall (plaquetes per a torns)

UD 09. Les fibres txtils

TradicionalmentFibres animals (llana, seda) i vegetals (cot, jute...)

Principal aplicaci: filatura i tissatgePosterior tintura i acabats

Fabricaci d'indumentria

Actualment:Moltes aplicacions industrialsCordes, allants, filtres...

Bsicament: fibres sinttiquesPermeten material ad-hoc segons finalitat


ClassificaciFibres naturalsVegetals: component bsic: cellulosa (cot, lli)

Animals: formades per protenes (llana, pels...)

Minerals: AmiantMolt emprat al fibrociment (uralita)

En dess: txic per inhalaci

Fibres artificials: per transformaci de les naturalsBsicament a partir de la cellulosa

S'obtenen com a filament continu (que pot ser tallat posteriorment)Exemple: rai viscosa (fibrana)


Classificaci (II)Fibres sinttiquesObtingudes per sntesi: a partir dels seus elements bsics

S'obtenen com a filamentProcessos: polimeritzaci (addici i condensaci)

Propietats importantsResistncia a la tracciPer suportar esforos al procs de fabricaci i al seu s finalEspecialment per a usos tcnics

ElasticitatMs cmoda, ms til per a certes aplicacions


Propietats importants (II)Higroscopicitat: Capacitat d'absorbir humitatAllrgies a pells sensibles

Crregues esttiques

Allament trmicImportant a la roba d'hivern

Resistncia a productes qumicsSuavitzants, detergents... allarga la seva vida til

Tamb: en elements de filtratge

InflamabilitatImportant en llocs de concurrncia pblica i a la llar

Tamb: roba de protecci


Algunes aplicacions tcniquesKevlar (poliamida aromtica, aramida)Armilles antibales

Guants antitall

Cascs de motos

Nomex (aramida)Roba resistent a la flama de bombers

Vestits de pilots F1

UD 09. Els materials compostos

Enginyers de disseny de producte:Cal que seleccionin els materials que millors solucionin el problema plantejatEscollir un material implica assumir els seus inconvenientsMaterials resistents: sovint molt densos

Materials durs: sovint sn frgils

Per satisfer necessitats que de vegades un material sol no pot satisferMaterials compostos o compsitsMaterials lleugers resistents a la tracci, per exemple


DefiniciFormats per dos o ms materials

Materials de composici, forma i grandria diferent

No estan combinats qumicament entre s

FormigCiment prtland, sorra i grava

Alta resistncia a la compressiPer: baixa resistncia a la tracci

Inadequat per a bigues, i pilars alts


Formig (II)Per aquesta ra hi afegim barres o malles d'acer

s el formig armatCombinaci possible Coeficients de dilataci trmica similar

Bona adherncia (millorable amb l'acer corrugat)

Acer protegit de la corrosi pel formig

Tamb: formig pretesatSotmetem l'acer a esfor de tensi mentre el formig s'endureixL'acer tendeix a contraure's: esfor de compressi al formig

Ms resistent: els esforos inicials: destesar el formig (no deformar-lo)Podem fer: estructures ms esveltes i lleugeres que l'armat


Resines reforades amb fibresFibres: aporten resistncia a la tracci i rigidesaFibres emprades: Kevlar, fibra de vidre i fibra de carboni

La de vidre s la ms emprada (preu baix)Tot i que: propietats inferiors

Massa polimrica: hi aporta tenacitatResines emprades: epoxi, insaturades de polister

Podem apreciar la seva importncia: resistncia especficaResistncia en funci de la densitatKevlar 49: unes 30 vegades superior a acer d'alt contingut en C


Contraplacats i emparedatsFinalitat: obtenir materials lleugers, rgids i resistents

ContraplacatQuan tenim materials amb diferents propietats segons la direcci

Exemple: fusta contraplacadaLa fusta: diferents propietats segons direcci

Lmines formant angles de 90 graus

EmparedatEstructures tipus sandvitxFixem material en forma de rusc entre dues lmines primesPortes d'habitatges, aeroplans...

Education

Ud 09. materials no metàl·lics