Materiales 2

Polmeros

Materiales de construccin

8. Polmeros

Los plsticos estn constituidos por macromolculas naturales o sintticas de elevado peso molecular, cuyo principal componente es el carbono. Estas molculas reciben el nombre de polmeros. Los polimeros se construyen por la repeticin sucesiva de unidades qumicas pequeas y simples, llamadas monmeros, que se unen mediante una reaccin llamada polimerizacin.El nmero de unidades simples que se repiten en una misma molcula se conoce como grado de polimerizacin (n).

Reacciones de polimerizacin

Existen dos tipos fundamentales de polimerizacin, la polimerizacin por adicin o poliadicin y la polimerizacin por condensacin o policondensacin. a) Poliadicin: Consiste en la unin y repeticin de un mismo monmero, de modo que la macromolcula final es mltiplo entero de la del monmero, no existiendo una liberacin de subproductos ( monomeros con dobles enlaces). Ejemplos en la diapositiva anterior. b) Policondensacin: Los monmeros que van a formar el polmero son diferentes adems, en la polimerizacin se produce el polmero y una pequea molcula, generalmente H2O, NH3, En este caso tambin existe una cadena con un grupo caracterstico que se repite muchas veces, como es el caso de i. Poliamidas: - CO NH ii. Poliuretano: - O CO NH iii. Poliurea: - - NH CO NH iv. Polisteres: - CO- O

Propiedades

Bajo coste de produccin

Alta relacin resistencia/densidad, es decir que aun siendo ligeros poseen una resistencia mecnica notable.

Elevada resistencia al ataque qumico.

Alta resistencia elctrica, lo que los hace excelentes aislantes elctricos.

Pequea conductividad trmica, por lo tanto son buenos aislante trmicos.

Combustibilidad, la mayora arden con facilidad.

Plasticidad, muchos se reblandecen con el calor y, sin llegar a fundir, son fcilmente moldeables.

Facilidad de procesado y versatilidad, su elevada plasticidad hace que las tcnicas de fabricacin sean sencillas.

Facilidad para combinarse con otros materiales, permiten crear materiales compuestos con mejores propiedades, como el polister reforzado con fibra de vidrio

Clasificacin de los plsticos segn su estructura.

Termoplsticos Son polmeros cuyas cadenas moleculares son lineales, es decir, solo crecen en una direccin, aunque las cadenas pueden ser sencillas o ramificadas. Cuando se calientan a temperaturas relativamente bajas, los dbiles enlaces intermoleculares se rompen, con lo cual el plstico se reblandece y hasta se puede convertir en lquido. Esta caracterstica le permite cambiarlo de forma infinitas veces (en teora) y moldearlos, lo que permite recuperarlos para reciclarlos. La mayor parte de los polmeros de adicin son termoplsticos. Ejemplos: Polietileno (bolgrafos, botellas de productos de limpieza, envoltorios, envases de alimentos...) PVC (Cortinas de bao, impermeables, platos, juguetes, tuberas, recubrimiento de cables,...), nylon, poliestireno, metacrilato,

Termoestables Estos polmeros se diferencian de los anteriores en que las cadenas moleculares se entrelazan entre s formando una enorme estructura reticulada, es decir, una estructuratridimensional ordenada. En este tipo de polmeros los enlaces intermoleculares son fuertes y al calentarse, el plstico no se reblandece, por lo que no puede volverse a moldearse otra vez por la accin del calor. En todo caso el plstico se descompone y se degrada, carbonizndose. Los termoestables son duros, aunque frgiles. Ejemplos: Resinas de polister, resinas fenlicas (material elctrico, piezas de maquinaria, pomos y mangos de utensilios de cocina), resinas de urea o de melanina,

Elastmero :Estos polmeros estn formados por grandes molculas unidas por enlaces fuertes y su caracterstica comn es que son plsticos muy elsticos (de ah su nombre). Ello permite grandes deformaciones sin roturas, recobrando su forma inicial. No soportan bien el calor y se degradan a temperaturas medias, lo que hace que el reciclado por calor no sea posible. Un ejemplo el caucho natural

Aditivos

A los polmeros se les suele aadir algunos aditivos para mejorar alguna de las propiedades o caractersticas.Colorantes: Dan el color al polmero

Pigmentos: Dan el color al polmero, pero lo vuelven opaco.

Plastificantes: Aumentan la resistencia al impacto.

Estabilizantes: Aumentan la estabilidad a la degradacin de la luz.

Mtodos de conformado

Existen varias tcnicas para dar forma a los plsticos. Algunas de las ms comunes son: Extrusin

Inyeccin

Compresin

Soplado

Moldeado al vaco

Calandrado (Laminado/Hilado)

Extrusin: (termoplsticos) Se utiliza para hacer perfiles, tubos, mangueras, marcos de ventanas, etc ..tienen que ser objetos de seccin constante de manera que ambos extremos estn a la vez abiertos o cerrados, pero nunca uno abierto y el otro cerrado. Se introducen los grnulos de plstico, en la tolva y se funden dentro de la extrusora gracias a unos calentadores. A continuacin, un tornillo sin fin presiona el plstico contra la boquilla, haciendo pasar la masa de plstico fundido a travs de ella. La forma de la boquilla determina el aspecto final. Se obtiene una pieza continua de gran longitud y poca seccin que es enfriada mediante un chorro de aire o agua fra.

Mquina extrusora

INYECTORA DE PLSTICO

Inyeccin: (termoestables): Es una de las tcnicas ms utilizadas, ya que permite realizar formas complicadas con medidas muy diversas, como por ejemplo: vasos, platos, carcasas de mviles, cubos, engranajes de plsticos, etc.. el proceso es similar al de la extrusin. Se introducen los grnulos en la tolva de la extrusora, se funde gracias al calor suministrado por la resistencia situada en la parte externa del cilindro y el tornillo sin fin lo introduce a presin en el interior de un molde metlico donde fragua tomando la forma de ste. A continuacin se enfra para que endurezca y luego se extrae el producto acabado del molde.

INYECTORA DE PLSTICO

Compresin: (termoestables): Usado para piezas grandes pero no muy complicadas, como objetos huecos de gran tamao y poco espesor, como salpicaderos de automviles. Tambin para piezas que deban soportar altas temperaturas, como mangos de sartenes, asas de calderos, o piezas que deban ser aislantes elctricos, como portalmparas, cajas de fusibles, o incluso pomos de puertas, pulseras,La pieza de plstico adquiere la forma cuando se aplica presin a una preforma de material plstico compactado. Para ello, colocamos el plstico en un molde de acero que se encuentra en una prensa hidrulica. Le aplicamos calor al plstico y a continuacin le aplicamos presin con la prensa para que adquiera la forma del molde. El efecto de la presin y el calor une las partculas de plstico y produce un entrelazado de las cadenas del polmero. Esta es la reaccin de curado, que permite formar un slido uniforme, rgido y homogneo. Despus, la pieza es expulsada mecnicamente del molde.

Prensa hidrulica

Soplado: (termoplsticos): Se utiliza para realizar todo tipo de envases y objetos huecos, como botellas de agua, detergente, En primer lugar, se crea una preforma (objeto con forma de tubo) mediante extrusin. A continuacin, se introduce la preforma en un molde abierto en dos partes. Al unir stas partes, se insufla aire caliente en su interior hasta que se adapta a la forma de las paredes. El plstico se endurece al contacto con las paredes, se abre el molde y se extrae la pieza.

Moldeo al vaco: (termoplsticos) Se usa para fabricar objetos con paredes muy finas como vasos, platos, envases para alimentos, mscaras, mapas en relieve, juguetes,Se coloca una lmina de plstico sobre el molde del objeto que se quiere fabricar. A continuacin, se calienta la lmina usando unas resistencias elctricas hasta que sta se reblandece. Se ponen en contacto el molde y la lmina caliente y se extrae el aire que hay entre ellas para que el plstico se adapte a las paredes del molde.

Calandrado: Este mtodo se utiliza para fabricar placas de PVC, lminas para invernaderos, carpetas, manteles, fibras textiles, Se introduce el plstico fundido procedente de una tolva en el interior de la calandra, y se hace pasar ste entre unos rodillos que, poco a poco, le dan forma de lmina disminuyendo el grosor en funcin del nmero de veces que pase entre los rodillos.

9. MATERIALES DE CONSTRUCCIN

Rocas naturales : Los materiales ptreos utilizados en la construccin son las rocas. stas son agregados de partculas minerales muy grandes y sin forma determinada que se encuentran en la naturaleza. Actualmente se utilizan principalmente para ornamentacin. Son ejemplos, los granitos, mrmoles y pizarras. Estos son materiales muy apreciados en la construccin, por ser muy resistentes a las condiciones medioambientales, pero presentan el inconveniente de tener un coste alto.Se pueden clasificar ademas de por su composicin , por su tamao.

Mrmol

Pizarra

Granito

Basalto

Caliza

Materiales cermicos : Bajo esta denominacin estn los elementos fabricados a partir de materiales terrosos cocidos. Las materias primas son arcilla (le da consistencia) o caoln (que es un tipo de arcilla muy pura y le aporta color blanco y textura fina) que, una vez moldeada, se somete a un proceso de secado y coccin posterior que le hace perder agua y convierte a estos materiales en duros pero frgiles. Son silicatos de aluminio hidratados. Se emplean tambin aditivos como cuarzo, colorantes y fundentes.Se caracterizan por ser: _ Qumicamente inertes _ Plsticos cuando se introducen en agua _ Duros y frgiles en ausencia de agua _ Resisten altas temperaturas

- Cermicos porosos: No han sufrido vitrificacin (que adoptan un aspecto similar al vidrio), pues no llega a fundirse el cuarzo con la arena. Destaca la arcilla cocida y la loza (cuya materia prima es la arcilla).

Clasificacin general

Vidrio: material cermico formado por la fusin a altas temperaturas (>1000C) de: - Arena o slice (SiO2), un 75%, es el elemento principal, le confiere resistencia mecnica. - sosa (NaCO3), un 15%, acta como fundente, bajando el punto de fusin. - caliza (CaCO3) en un 10%, es un estabilizante. Le suministra dureza y brillo.- otros componente que dependern del tipo de vidrio a obtener (colorantes). Es un material duro, transparente, con estructura amorfa (no cristalina) y con elevada resistencia a la traccin.

Fibra de vidrio: Se obtiene mediante extrusin de la masa de vidrio a travs de unas boquillas con dimetro inferior a 0,1 mm. Con la fibra de vidrio se producen filamentos a partir de los que se obtienen tejidos y fieltros que se emplean como aislantes trmicos y acsticos. Tambin se usan para reforzar planchas de escayola y distintos tipos de plsticos.

Son materiales con propiedades adhesivas que, amasados con agua, fraguan (compactan materiales) primero y endurecen despus. Los ms importantes son la cal, el yeso y el cemento

Materiales aglomerante

Cal: Es el producto resultante de la descomposicin de las rocas calizas (CaCO3), segn la reaccin:Se produce en hornos de cal denominados caleras a temperaturas cercanas a los 900C. El producto obtenido es la cal viva u xido de calcio. Este xido reacciona de manera exotrmica con el agua, alcanzando los 160C y originndose hidrxido de calcio, tambin llamado cal apagada.

La cal apagada se endurece lentamente al aire por un proceso de carbonatacin (absorcin de CO2) producindose de nuevo carbonato clcico y actuando como aglomerante. Este proceso slo se produce en aire seco y acaba a los seis meses. Esta cal se denomina area y experimenta una contraccin durante el fraguado que puede dar lugar a la formacin de grietas.

Yeso: Es una sustancia natural que se obtiene a partir de las piedras de yeso (sulfato clcico dihidratado; CaSO4 2H2O). Se cuece a altas temperaturas (450C) para provocar su deshidratacin. Es un material barato ya que, ni el proceso de extraccin ni el de obtencin requieren grandes aportes energticos. Fragua en contacto con el agua. Se adhiere muy bien a infinidad de elementos salvo la madera. Tampoco debe usarse en la sujecin de materiales frricos, pues provoca su oxidacin inmediata. Su principal inconveniente es que es higroscpico (absorbe mucho la humedad), por lo que no debe emplearse para exteriores. Se clasifica en: _ Yeso negro: Obtenido de modo tradicional. Se usa para enlucidos de obras no vistas. _ Yeso blanco: Mayor pureza que el anterior, mejor molido. Se usa en enlucidos y estucados (yeso blanco + agua de cola) de paredes vistas. _ Escayola: Yeso de mayor calidad, molido hasta obtener polvo impalpable. Se usa en acabados, molduras y decoracin de interiores.

Cemento : El cemento se considera un aglomerante (especie de pegamento) en forma de polvo que tiene la propiedad de endurecer (fraguar) una vez que se le ha aadido agua y se ha dejado secar, incluso en ausencia de oxgeno. Cuando fragua adquiere una buena resistencia a la compresin.

Existen muchas variedades de cemento, aunque la ms conocida y empleada es el cemento Portland. Es una mezcla de cal (CaO, 60 67%), slice (SiO2, 17 25%) y almina (Al2O3, 3,6 8%), tambin algo de xido de hierro y de magnesio (Fe2O3, 0,5 6% y MgO, 0,1 5%) que fragua cuando se mezcla con agua.

Materiales compuestos o aglomerados.

Compuestos de ridos y aglomerantes:Mortero :Los morteros son mezclas plsticas obtenidas con un aglomerante, arena y agua, que sirven para unir las piedras o ladrillos que integran las obras de fbrica y para revestirlos con enlucidos. Los morteros se denominan segn sea el aglomerante. As se tienen morteros de yeso, de cal o de cemento.

Hormign: El hormign es la mezcla de cemento, arena y agua al que se le suele aadir grava. o

Es un material muy resistente a la compresin, pero no a la traccin, por lo que no es adecuado para vigas. Para mejorar esta propiedad, es necesario recurrir al hormign armado y al hormign pretensado.