undiad 4 procesos de fabricacion (2)

UNIDAD 4 PROCESOS INDUSTRIALES DE PLASTICOS TERMICOS, COMPUESTOS Y TERMOFRAGUANTES, Y MATERIALES CERAMICOS

INDICE

4.1 Generalidades…………………………………………………pag.2

4.2 Tipos de plásticos……………………………………………..pag.9

4.3 Materias primas………………………………………………..pag.11

4.4 Compuestos termofraguantes……………………………….pag.12(fenolicas,resinosas y furamicas)

4.5 Celulosas, poliestirenos, polietilenos y propilenos…………………………………………………………..pag.17

4.6 Materiales cerámicos…………………………………………pag.23

4.6.1 Estructura de los materiales cerámicos………………….pag.25

4.6.2 Cerámicos tradicionales……………………………………pag.27

4.6.3 Propiedades generales y aplicación de loscerámicos…………………………………………………………..pag.29

PROCESOS DE FABRICACION Página 1


UNIDAD 4Procesos industriales de plásticos térmicos, compuestos y

termofraguantes, y materiales cerámicos

4.1 Generalidades

Un polímero es un compuesto que consiste en moléculas de cadena larga, cada una de las cuales está hecha de unidades que se repiten y conectan entre sí. La palabra polímero se deriva del griego poly (muchos), y mero (es parte). La mayoría de los polímeros se basan en el carbono, y por ello se les considera productos químicos orgánicos.

Los polímeros se dividen en: Plásticos Cauchos (hules)- categoría de los elastómeros (E)

Como materiales de ingeniería son relativamente nuevos en comparación con los metales y los cerámicos, pues sólo datan de alrededor de la mitad del siglo XIX.

Nota históricaEl descubrimiento de los polímeros fue gracias a Charles Goodyear en 1839 (gracias a la vulcanización del caucho). En 1851, su hermano Nelson patentó el caucho duro (ebonita). El descubrimiento del celuloide por J. W. Hyatt en 1869. Alrededor de 1890 se produjeron por primera vez las fibras de celulosa, llamadas rayón. Alrededor de 1910 se comercializó la película para envolver, el celofán. No fue, sin embargo, sino hasta principios de 1900 cuando uno de los materiales más importantes, la resina de fenol formaldehído (o plástico sintético-bakelita), fue desarrollada por el Dr. L.H. Baekeland y sus colegas. En 1912, I. Ostromislenski patentó el cloruro de polivinilo (1927 se comercializó como recubrimiento de paredes) y en la misma época, en Alemania se produjo el poliestireno. En Inglaterra, en 1932, se obtuvo el polietileno. En 1928, gracias a las investigaciones de W. Carothers (de DuPont EE.UU.) se creó la poliamida nylon. En la década de 1940 se crearon varios polímeros de propósito especial; en 1943, el teflón, las siliconas y los poliuretanos; las resinas epóxicas en 1947, y en 1950 llegaron las fibras de poliéster, en 1957 el polipropileno, el policarbonato y el polietileno de alta densidad. En la década de 1960 se crearon los elastómeros termoplásticos.Desde entonces la investigación ha agregado numerosos materiales sintéticos que varían ampliamente en propiedades físicas.

El 70% de todos los polímeros sintéticos que se producen, y los de mayor importancia comercial, son los termoplásticos (TP); el 30% lo constituyen los polímeros termofraguantes (TS) y elastómeros (E).

El Peso molecular de un polímero es la suma de los pesos moleculares de los polímeros en una cadena representativa. Mientras mayor sea, mayor será la longitud de la cadena. En promedio la mayoría de los polímeros comerciales tienen un peso entre 10,000 y 10’000,000. Este tiene una fuerte influencia en sus propiedades, por ejemplo: resistencia a la tensión y al impacto, agrietamiento y viscosidad (aumenta al tener mayor peso molecular).



Grado de polimerización (DP) es la relación del peso molecular del polímero al peso molecular de la unidad representativa. Ejemplo: el peso del polímero del PVC es de 62.5, entonces del DP del PVC con un peso molecular de 50,000 es 50,000/62.5=800. A mayor DP mayor viscosidad del polímero o resistencia de flujo y por lo tanto dificulta su formado, y por ende, el costo total de su procesamiento.

Si todas las unidades repetitivas de la cadena de un polímero son del mismo tipo, a la molécula se le llama homopolímero.Los copolímeros contienen dos tipos de polímeros, ejemplo: el estireno-butadieno, que se utiliza en las llantas para automóviles.Los terpolímeros contienen tres tipos de polímeros, ejemplo: el ABS (acrilonitrilo-butadieno-estireno) que se utiliza en los cascos, teléfonos.

Características de los polímeros lineales y ramificadosLos polímeros lineales, se llaman así debido a su estructura secuencial o lineal. Ejemplo: polietileno, PVC, polipropileno.



En los polímeros ramificados las cadenas de ramas laterales se sujetan a la cadena principal durante la síntesis del polímero. Dicha ramificación interviene en el movimiento de las cadenas moleculares. Es decir aumenta su resistencia a las deformaciones y al agrietamiento por esfuerzos. Su densidad es menor en comparación con la densidad de los polímeros lineales.

Hagamos una analogía de un árbol. Las ramas del árbol son los polímeros ramificados y los troncos rectos son los polímeros lineales. Podemos observar que es más difícil mover una rama dentro del grupo de ramas que un tronco recto.

Los polímeros entrecruzados o de enlace cruzado son los llamados termofraguantes. Este tipo de enlace influye en las propiedades del polímero, por ejemplo aporta mayor dureza, resistencia, rigidez, fragilidad y mejor estabilidad dimensional.

CristalinidadEs cuando las moléculas largas se arreglan de modo ordenado entre ellas formando cristalitas (regiones cristalinas), igual que si dobláramos una manguera para incendios en su gabinete o los pañuelos desechables en su caja. Un polímero lineal puede ser 100% cristalino, pero no un ramificado (aunque puede desarrollar niveles bajos de cristalinidad), ya que sus ramas interfieren en la alineación de las cadenas en un arreglo cristalino regular.El grado de cristalinidad de un polímero afecta en gran medida en sus propiedades mecánicas y físicas. A medida que aumenta la cristalinidad en un polímero, estos se



vuelven más rígidos, más duros, menos dúctiles, más densos, menos flexibles y más resistentes a los solventes y al calor.

AmorfosCuando las moléculas no tienen un arreglo ordenado, es como un plato de espagueti o como lombrices en una cubeta, todos enlazados unos con otros. Ejemplo: el poliestireno. A bajas temperaturas los polímeros amorfos son duros, rígidos, frágiles y vítreos; a altas temperaturas son gomosos o correosos. A la temperatura en que ocurre dicha transición se le llama temperatura vítrea (Tg). La temperatura vítrea varía dependiendo del polímero.

Conforme aumenta la temperatura los polímeros cambian en sus propiedades mecánicas; desde la temperatura ambiente, a la vítrea y a la de fusión. Es decir de sólidos a viscosos.

Los polímeros plásticos:Son sustancias de origen orgánico formadas por largas cadenas macromoleculares que contienen en su estructura carbono e hidrógeno principalmente. Se obtienen mediante reacciones químicas entre diferentes materias primas de origen sintético o natural (polimerización). En determinada etapa de su manufactura todo plástico es capaz de adoptar la forma final deseada, bajo la acción de calor y presión. Se obtienen por moldeo.

Polimerización:Es un proceso químico por el que los monómeros (compuestos de bajo peso molecular) se agrupan químicamente entre sí, dando lugar a una molécula de gran peso, llamada polímero o macromoléculas.Existen dos métodos de síntesis:

1. Polimerización por adición.



2. Polimerización por etapas.

En la polimerización por adición o en cadenas los monómeros pasan a formar parte de la cadena de uno en uno. Primero se forman dímeros, después trímeros, a continuación tetrámeros, etc. La cadena se incrementa de uno en uno, de monómero a monómero. Si la molécula de monómero pasa a formar parte del polímero sin pérdida de átomos, es decir, la composición química de la cadena resultante es igual a la suma de las composiciones químicas de los monómeros que la conforman. Ejemplos: polipropileno, cloruro de polivinilo (PVC), poliestireno, teflón, caucho natural.

En la polimerización por etapas, se hace reaccionar a dos monómeros para formar una molécula nueva del compuesto que se desea obtener. En la mayor parte (o en todos) de los procesos de polimerización por etapas también se produce un subproducto de la reacción. Es común que éste sea agua que se condensa; es por ello que se utiliza con frecuencia el término polimerización por condensación para los procesos en que ésta ocurre. Ejemplo: nylon-6,6; policarbonato, fenol formaldehído, urea de formaldehído.


(1)Inicio, (2) Adición rápida de monómeros, (3) Molécula resultante de polímero de cadena larga con n meros al terminar la reacción.


DENOMINACIÓN Y ACRÓNIMOSLa denominación de los plásticos se basa en los monómeros que se utilizaron en su fabricación, es decir, en sus materias primas. Como se puede observar, los nombres químicos de los polímeros con frecuencia son muy largos y difíciles de utilizar. Para aligerar este problema se introdujeron las dos siglas o acrónimos. La mayor parte de estos acrónimos han sido normalizados.

ACRÓNIMOS PLÁSTICOABS ACRILONITRILO-BUTADIENO-

ESTIRENOPP POLIPROPILENO

CA ACETATO DE CELULOSA PPS POLIFENILEN SULFONAEP EPOXICA PS POLIESTIRENOEPS POLIESTIRENO EXPANSIBLE PTFE POLITETRAFLUOROETILENO (TEFLÓN)EVA ETIL VINIL ACETATO PUR POLIURETANOHDPE POLIETILENO ALTA DENSIDAD PVC CLORURO DE POLIVINILOLDPE POLIETILENO BAJA DENSIDAD SAN ESTIRENO – ACRILONITRILOMF MELAMINA FORMALDEHIDO SB ESTIRENO BUTADIENO


(1) n-mero que captura un monómero individual para formar (n+1)-mero, (2) n1-mero que se combina para formar un (n1+n2)-mero.

Unión de hexametilenodiamina con ácido adípico para formar el nylon 6,6. Formula química [(CH2)6(CONH)2(CH2)4]n. Subproducto obtenido: agua.


PA POLIAMIDA TPE ELASTÓMERO TERMOPLÁSTICOPB POLIBUTADIENO TPU POLIURETANO TERMOPLÁSTICOPBT POLIBUTILEN TEREFTALATO UHMWP

EPOLIETILENO ULTRA ALTO PESO MOLECULAR

PC POLICARBONATO UF UREA – FORMALDEHIDOPEI POLIESTERIMIDA UP POLIÉSTER INSATURADOPES POLIESTERSULFONA SI SILICÓNPET POLIETILEN-TEREFTALATO LLDPE POLIETILENO LINEAL DE BAJA

DENSIDADPF FENOL-FORMALDEHIDO PAN POLIACRILONITRILOPMMA POLIMETIL METACRILATO

(ACRÍLICO)PPO POLIOXIDO DE FENILENO

POM POLIOXIDO DE METILENO (ACETAL)

Los plásticos se pueden conformar en una variedad amplia de productos, tales como piezas moldeadas, secciones extruidas, películas y hojas, recubrimientos para aislar alambres eléctricos y fibras textiles. Además de ser ingredientes principales de otros materiales, como pinturas y barnices, adhesivos y varios compuestos de matriz de polímero.Los procesos de conformación de los plásticos más utilizados son:

1. Extrusión2. Procesos de hojas (láminas) y películas3. Producción de fibras y filamentos (hilado o hilandería)4. Procesos de recubrimiento5. Moldeo por inyección6. Moldeo por compresión y transferencia7. Moldeo por soplado y moldeo rotacional8. Termoformado9. Fundición10.Proceso y formado de espuma de polímero

Durante los últimos 54 años las aplicaciones de los plásticos se han incrementado a una tasa mucho más elevada que la de los metales o los cerámicos. Muchas piezas que antes se hacían de metales, hoy en día se elaboran de plástico y compuestos de plásticos. Lo mismo ha ocurrido con el vidrio, sustituyendo a las jarras y botellas de vidrio por las de plástico. Lo anterior se debe a las siguientes razones:

Se necesita menos energía de calentamiento para conformar los plásticos, que para conformar los metales, ya que las temperaturas de procesamiento son mucho menores.

La cantidad de manejo del producto que se requiere en la producción del plástico se reduce de manera sustancial en comparación con los metales.

No se requiere dar a los plásticos acabados con pintura o recubrimiento. Muchas de las piezas de plástico se forman por moldeo.



Por la variedad de los procesos de formado y la facilidad con que se procesan los plásticos, permiten una diversidad casi ilimitada de formas geométricas de piezas por formar.

Ciertos plásticos son traslucidos o transparentes, así que para ciertas aplicaciones compiten con el vidrio.

Sin embargo tienen ciertas limitaciones:Su resistencia es baja en comparación con la de los metales y cerámicos.Las temperaturas de uso se limitan a sólo unos cientos de grados debido a la suavización de los polímeros termoplásticos o a la degradación de los termofijos.Ciertos polímeros se degradan si se les expone a la luz solar y a otras formas de radiación.Muestran propiedades viscoeslásticas, lo que genera poca estabilidad dimensional.

Características de los plásticos: Fáciles de trabajar y moldear. Tienen un bajo costo de producción. Poseen baja densidad. Suelen ser impermeables. Buenos aislantes eléctricos. Aceptables aislantes acústicos. Buenos aislantes térmicos, aunque la mayoría no resisten temperaturas muy

elevadas. Resistentes a la corrosión y a muchos factores químicos. Algunos no son biodegradables ni fáciles de reciclar, y si se queman, son

muy contaminantes. Pueden ser transparentes o de colores.

4.2 Tipos de plásticosPara su estudio se dividen en:

Termoplásticos Termofraguantes Plásticos compuestos

Termoplásticos Son materiales sólidos a temperatura ambiente, pero si se les calienta a temperatura apenas unos cuantos cientos de grados, se vuelven líquidos viscosos. Esta característica permite que adopten formas de productos de modo fácil y económico, sin



que sufran algún cambio químico. Se pueden sujetar repetidas veces al ciclo de calentamiento y enfriamiento sin que el polímero se degrade en forma significativa, sin embargo el calentamiento y enfriamiento repetitivo puede causar degradación. Si se elevan por encima de su temperatura Tg (vítrea) primero se vuelve correoso, después al aumentar su temperatura gomoso y al final a temperatura arriba de Tm (de fusión) se vuelve fluido viscoso (al aumentar la temperatura su viscosidad disminuye, pareciéndose a un helado).

Los polímeros Termoplásticos comunes incluyen: Polietileno Cloruro de polivinilo Polipropileno Poliestireno Nylon

Por lo general los materiales termoplásticos presentan un buen conjunto de propiedades mecánicas, son fáciles de procesar, reciclables y bastante económicos. La principal desventaja deriva del hecho de que son materiales que funden, de modo que no tienen aplicaciones a elevadas temperaturas puesto que comienzan a reblandecer por encima de la transición vítrea, con la consiguiente pérdida de propiedades mecánicas. Son procesados por inyección, extrusión, termoformado y satinado.

TermofraguantesEstos no toleran ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento. Cuando se calientan de inicio, se suavizan y fluyen de modo que se pueden moldear, pero las temperaturas elevadas también producen una reacción química (polimerización) que endurece el material y lo convierte en un sólido que no se puede fundir. Si se le vuelve a calentar, los polímeros termofraguantes se degradan y carbonizan, en vez de suavizarse.Ejemplos de polímeros Termofraguantes:

Fenoles Epóxicos Ciertos poliésteres

Puesto que no funden y no reblandecen, los Termofraguantes, son materiales que presentan muy buenas propiedades a elevadas temperaturas. Junto con su alta resistencia térmica presentan alta resistencia química, rigidez, dureza superficial, buena estabilidad dimensional, etc. En general presentan mejores propiedades mecánicas, térmicas y químicas, resistencia eléctrica y estabilidad dimensional que los termoplásticos.Sin embargo el empleo de los termofraguantes requieren métodos de transformación lentos y los acabados son pobres comparados con los de la mayoría de los termoplásticos.



Los procesos utilizados para estos plásticos, incluyen moldeo por transferencia, colado, laminado e impregnado, además de algunos usados para estructuras rígidas o flexibles de espuma.

Plásticos compuestos Los composites o plásticos compuestos, están formados por dos componentes que forman dos o más fases distintas físicamente cuya combinación les confieren propiedades agregadas, diferentes de las de sus componentes. Su interés, tanto comercial como tecnológico, viene del hecho de que sus propiedades no sólo son distintas de las de sus componentes, sino que con frecuencia mucho mejores. Se pueden diseñar compuestos que sean muy fuertes y rígidos, pero de peso ligero; tener compuestos que no se corroan como el acero; se pueden obtener materiales compuestos con propiedades que no tienen los metales o cerámicos. Sin embargo tienen sus desventajas, algunos procesos de formación de materiales compuestos son lentos y costosos; algunos compuestos son susceptibles al ataque químico o de solventes; en general los materiales compuestos son caros, pero disminuye su valor si aumenta su volumen.

Los plásticos compuestos constan de una matriz, que se trata generalmente de un polímero termoplástico, aunque ocasionalmente pueden ser termofraguante, y de un



agente reforzador, que se suele tratar de una fibra, por lo general es de fibra de vidrio, fibra de carbón y el Kevlar 49. En estos materiales la carga o refuerzo mejora las propiedades de la matriz polimérica, de modo que combinan todas las ventajas de los termoplásticos o termofraguantes, según se trate, con las del refuerzo, lo que supone muy buenas propiedades mecánicas.Se utilizan en la industria automotriz: en los paneles de la carrocería de autos y camiones; en equipo recreativo y deportivo: en raquetas para tenis, palos de golf, cascos de futbol, arcos y flechas, ruedas de bicicletas; en cascos para embarcaciones; en la industria aeroespacial para reducir el peso de las aeronaves a fin de incrementar la eficiencia del combustible y capacidad de carga.

4.3 Materias primasLas materias primas para los compuestos plásticos, son diversos productos agrícolas y muchos otros materiales minerales y orgánicos, incluyendo carbón, gas, petróleo, piedra caliza, sílice y azufre. En el proceso de fabricación se agregan otros ingredientes tales como polvos colorantes, solventes, lubricantes, plastificantes y materiales de relleno. El aserrín, la harina, algodón, asbesto, metales pulverizados, grafito, vidrio, arcilla son los materiales más importantes usados como relleno. Tales productos como asientos para sillas a la intemperie, telas plásticas, recipientes para basura, fundas para máquinas, artículos para equipaje, cascos de seguridad, cañas para pescar y partes para instrumentos, son ejemplos de los productos que utilizan este relleno. Su empleo reduce los costos de fabricación, disminuye el encogimiento, mejora la resistencia al calor, suministran resistencia al impacto o le imparten al producto otras propiedades deseables. Los plastificantes o solventes son agregados con ciertos compuestos para suavizarlos o para darles fluidez en los moldes. Los fabricantes también mejoran las características de moldeo del compuesto. Todos estos materiales se mezclan con resinas granuladas antes de moldearse.

4.4 Compuestos termofraguantes



Características generales: Más rígidos en comparación con los termoplásticos. Frágiles, es decir casi no poseen ductibilidad. Son menos solubles en solventes comunes. Son capaces de resistir temperaturas de uso elevadas. Sin embargo si la

temperatura se eleva lo suficiente el polímero termofraguante comienza a quemarse, degradarse y carbonizarse.

No se pueden volver a fundir, en vez de ello se degradan o queman. Poseen resistencia a la electricidad. Mayor estabilidad dimensional que los termoplásticos.

Este tipo de polímeros plásticos no se utilizan tanto como los termoplásticos, debido a que no los podemos recalentar porque se degrada o quema. El plástico termofraguante más importante o que se produce en mayor volumen son las resinas fenólicas. A continuación se describirán los plásticos termofraguantes más importantes:

La resina es una secreción orgánica que producen muchas plantas, particularmente los árboles del tipo conífera. Es muy valorada por sus propiedades químicas y sus usos asociados, como por ejemplo la producción de barnices, adhesivos y aditivos alimenticios. También es un constituyente habitual de perfumes o incienso. Ejemplo más común es la chucata del mezquite.

Fenólicas (baquelita)La resina fenólica es uno de los principales plásticos termofraguantes que se usan en la actualidad en la industria. Dicha resina sintética se elabora mediante la reacción del fenol con el formaldehído, formando el fenol-formaldehído, el cual se empezó a comercializar alrededor de 1900 con el nombre de bakelita. Es un material frágil, de alta resistencia, durable, capaz de ser moldeado bajo una amplia variedad de condiciones, tiene alta resistencia al calor (hasta 110ºC) y al agua, elevadas propiedades dieléctricas (aislamiento), resistente a los químicos, difícilmente inflamable, es rígido y tiene buena estabilidad dimensional (forma) y puede producirse solamente en colores oscuros. Casi siempre se combina con materiales de relleno como el aserrín, las fibras de celulosa y algunos minerales, cuando se emplea en el moldeo.Se usa en la fabricación de materiales de revestimiento, adhesivos para madera laminada (triplay), agentes aglutinantes para metal y vidrio, pudiendo moldearse en muchas formas útiles, tales como cajas moldeadas, clavijas eléctricas, tapones de botella, perillas, mangos para cuchillos, mangos y agarraderas para ollas y sartenes, teléfonos, gabinetes para radio y otras numerosas partes eléctricas (como conectores, cableado, aislantes). Se fabrican piezas para el sector de los electrodomésticos, en el sector aeroespacial y en la defensa.Los compuestos fenólicos son moldeados por compresión o moldeo de transferencia.

Ingredientes del monómero: Fenol (C6H5OH) y formaldehído (CH2O) Elongación: Menos del 1%

Método de polimerización: Etapas (Condensación) Gravedad especifica: 1.4



Módulo de elasticidad: 7000 MPa (1000000 lb/in2) Participación aproximada en el mercado:

6%

Resistencia a la tensión: 70 MPa (10000 lb/in2)

Ejemplos:Las losetas de madera tecnológica están compuestas por una fórmula especial de fibras de madera y resinas fenólicas, convirtiéndolas en un producto altamente resistente a la humedad, las altas temperaturas, la luz solarLa arena utilizada en el área de moldeo es sintética (blanca) la cual se utiliza con resina fenólica autofraguante para obtener los mejores resultados en el moldeo.Las bolas de billar deben ser lo más redonda posibles y están hechas de resina fenólica, en varios colores.

ResinosasLa resina es una sustancia sólida o de consistencia pastosa, insoluble en el agua, soluble en el alcohol y en los aceites esenciales, obtenida naturalmente como producto que fluye de varias plantas. Se dividen en:

*Resinas naturales:ÁmbarResina verdaderaGomorresinasOleorresinasBálsamosLactorresinas

*Resinas sintéticas:PoliésterPoliuretanoResina epoxi

Ámbar:Es una piedra preciosa hecha de resina vegetal fosilizada proveniente principalmente de restos de coníferas (árboles como el pino) y algunas angiospermas (tipos de flores).

Resina verdadera:Es una resina dura, quebradiza, parecida exteriormente a la goma, pero insoluble y que no se reblandece en agua. La resina verdadera más típica es la colofonia, no es una resina natural, puesto que se obtiene de la destilación seca de la oleorresina del pino (la trementina, es una mezcla más o menos fluida de resina y aceite esencial del pino).Usos actuales: la adición de colofonia modificada al caucho de los neumáticos les confiere mayor plasticidad, el chicle es fundamentalmente colofonia, los adhesivos termofraguantes también la incorporan, es un aislante de alta calidad que se incorpora a numerosos circuitos eléctricos, también se utiliza en escalada (viene en polvo con o sin mezclar con magnesio para impregnarse las manos y hacerlas más adherentes a la roca), es un componente fundamental para la elaboración de jabones y así no se enrancien en poco tiempo.



Gomorresinas:Es una secreción vegetal protectora formada por una mezcla de goma (sustancia resinosa con un alto peso molecular, es acida) y resina que se emulsiona (es una mezcla de líquidos de manera más o menos homogénea) al mezclarse con agua. Puede contener o no, además, un aceite esencial volátil (gomorresinas con o sin olor).La gomorresina es blanca y espesa, de naturaleza lechosa que fluye de varias plantas naturalmente o tras practicarles una incisión. Se solidifica tras estar al aire una cantidad de tiempo variable, dependiendo de la planta. Se utiliza como adhesivo natural.Ejemplo: La mirra, que es una sustancia resinosa aromática. Se obtiene haciendo una incisión en la corteza del árbol Commiphora myrrha (África), de la cual exuda una resina gomosa, de color amarillo que al secarse tiene formas irregulares y tonalidad pardo-rojiza.

OleorresinasEs una mezcla más o menos fluida de resina y aceite esencial, como por ejemplo la trementina de pino. Igualmente se puede extraer de las especias, como puede ser el pimentón (pulverización del chile rojo). La oleorresina resultante es utilizada cada vez más en la industria alimentaria como colorante. Ejemplos: paprika, Curry, pimienta negra, extracto de vainilla, entre otros.

BálsamosSustancia aromática, líquida y casi transparente en el momento en que por incisión se obtiene de ciertos árboles, pero que va espesándose y tomando color a medida que, por la acción atmosférica, los aceites esenciales que contiene se cambian en resina y en ácido benzoico y cinámico. Los bálsamos suelen ser utilizados como desodorizadores y purificadores; dado que en ocasiones las momias egipcias eran cubiertas con bálsamos, es por ello que el proceso de momificación también recibió el nombre de embalsamado. También se utiliza para velas, incienso, jabones, perfumería, estética, etc.Los bálsamos son sólidos, viscosos o más o menos fluidos según prepondera uno u otro de sus elementos. Su color, ordinariamente bastante oscuro varía desde el amarillo-moreno hasta el moreno negruzco. Deben su olor en parte al aceite volátil que contienen y algunas veces al del ácido benzoico expuestos durante largo tiempo al aire libre, se endurecen y toman un aspecto resinoso perdiendo su olor a consecuencia de la dispersión en la atmósfera de su aceite volátil. Son insolubles en el agua. Todos los bálsamos nacen, naturalmente por incisiones practicadas a ciertos árboles.

Lactorresinas:Son resinas vegetales procedentes del látex coagulado. Contienen, principalmente, productos derivados de la polimerización del isopreno. El látex es un producto derivado del árbol Hevea Brasilensis originario del Amazonas. Ejemplo: el caucho, hule.

Poliéster:Resina termoplástica o termofraguante obtenida por polimerización del estireno y el poliéster insaturado (anhídrido maleico + etilenglicol). Se endurece a la temperatura



ordinaria y es muy resistente a la humedad, a los productos químicos y a las fuerzas mecánicas, tienen buenas propiedades mecánicas, químicas y eléctricas. Generalmente el poliéster es reforzado con vidrio u otras fibras. Los poliésteres termofraguantes se usan en la creación de plásticos compuestos y con ello crear objetos grandes como tubos, tanques, cascos de lanchas. Una clase de poliéster llamado resinas alquídicas, se emplea como bases de pinturas, barnices y lacas. Se utiliza también en botones para ropa, plafones de lámparas de techo, en botes, equipaje, sillas, en piscinas.

Ejemplo de química: Anhídrido maleico (C4H2O3) y etilenglicol (C2H6O2) más estireno (C8H8)

Método de polimerización: Etapas (Condensación)

Módulo de elasticidad: 7000 MPa (1000000 lb/in2)


Elongación: 0%

Gravedad especifica: 1.1

Participación aproximada en el mercado: Menos del 1%

PoliuretanoSon polímeros obtenidos mediante la poliadición de los isocianato y de los poliol. Han aparecido en comercio alrededor de 1941, primero en Alemania y hoy en día son producidos en todo el mundo. Pueden ser materiales termoplásticos, termofraguantes o elastómeros, de los cuales los dos últimos son los que más se producen. La aplicación principal del poliuretano es en espuma, las cuales pueden ser flexibles o rígidas, dependiendo de la fórmula. Las rígidas se utilizan como materiales de relleno en paneles huecos para la construcción o en las paredes de los refrigeradores, proporcionando un aislamiento térmico excelente, da rigidez a la estructura y no absorbe agua en cantidades significativas.Presentan excepcional tenacidad y resistencia a la abrasión y al impacto; particularmente adecuado para piezas grandes hechas de espuma, ya sea en tipos rígidos o flexibles. Son un aislante térmico y acústico de óptima calidad.Estos polímeros encuentran aplicaciones como fibras, recubrimientos y espumas para muebles, colchones y aislamientos. Pueden sustituir el cuero y la madera en la fabricación de revestimientos. Muchas pinturas, barnices y recubrimientos similares se basan en el uretano. El poliuretano elastómero se puede moldear para crear suelas de zapatos y defensas de coches.

Polímero: Poliuretano: se forma por la reacción de un pilol y un isocianatoMétodo de polimerización: Etapas (Condensación)

Módulo de elasticidad: Depende de la química y el procesamientoResistencia a la tensión: 30 MPa (4000 lb/in2)

Elongación: Depende del entrecruzamientoGravedad especifica: 1.2

Participación aproximada en el mercado: Alrededor del 4%, incluidos elastómeros

Epóxidos:



Las resinas epóxicas se basan en un grupo químico denominado epóxidos. Tienen resistencia al desgaste y al impacto, tiene buenas propiedades adhesivas (tanto al vidrio como al metal), resistencia al calor y ataques químicos, son excelentes aislantes eléctricos, tienen buena estabilidad dimensional.Las aplicaciones incluyen recubrimientos de superficies y pisos industriales, como ingredientes para pinturas y adhesivos, para componentes eléctricos que requieren fuerza mecánica y alto aislamiento, herramientas y troqueles, en adhesivos. Los epoxis se usan mucho en capas de impresión, tanto para proteger de la corrosión como para mejorar la adherencia de las posteriores capas de pintura. Las latas y contenedores metálicos se suelen revestir con epoxi para evitar que se oxiden, especialmente en alimentos ácidos, como el tomate. También se emplea en la fabricación de frentes para automóviles y se usan en muchos componentes para proteger de cortocircuitos, polvo, humedad, etc. Los epoxis de fibra de vidrio reforzada tienen buenas propiedades mecánicas y son comúnmente usados en válvulas de presión, en carcasas de motor de cohetes, tanques y otros componentes con estructuras similares.

Ejemplo de química: Epiclorohidrina (C3H5OCL) más un agente de curado como la trietilamina (C6H5-CH2N-

(CH3)2)O2)Método de polimerización: Condensación

Módulo de elasticidad: 7000 MPa (1000000 lb/in2)Resistencia a la tensión: 70 MPa (10000 lb/in2)

Elongación: 0%Gravedad especifica: 1.1

Participación aproximada en el mercado: Alrededor del 1%

Resinas furánicas Las resinas furánicas se obtienen procesando productos agrícolas de desecho, tales como olotes, cascaras de arroz y de semillas de algodón, con ciertos ácidos. La resina termofraguante que se obtiene es de color obscuro resistente al agua y tiene excelentes cualidades eléctricas. Estas resinas también son usadas como aglutinantes para arena de corazones de fundición, como aditivos endurecedores para enyesar, como inhibidores de la corrosión para cementos, también como agentes adhesivos en compuestos de piso. Tienen buena resistencia térmica, química, se derivan de fuentes renovables, menos propiedades mecánicas en comparación con las resinas de poliéster y epoxi, son frágiles e inestables con el tiempo (aumenta su viscosidad).

Resinas amínicas Las resinas amínicas por lo general son duras y rígidas, resistentes a la abrasión y los arcos eléctricos. Las resinas más importantes son formaldehído de urea y formaldehído de melamina. El formaldehído de melamina, se puede obtener en forma de polvo para moldear o en solución para usarse como liga y adhesivo. A la vez se combina con una variedad de relleno (celulosa) que mejora las propiedades mecánicas y eléctricas. Es resistente al agua. Las buenas características de flujo de la resina de melamina hacen un modelo de transferencia, conveniente para tales artículos como vajillas (en general todos los artículos que utilizamos para colocar comida y bebidas, dinnerware), estuches para rasuradoras; se utiliza también como recubrimiento de mesas laminadas y contracubiertas (Formica o formaica es el nombre comercial de Cyanamide Co.).



Las resinas de urea se adaptan a ser procesadas ya sea por compresión o moldeo de trasferencia, siendo resistentes a los arcos eléctricos y teniendo una resistencia dieléctrica (o de aislamiento), se produce en todos los colores. Se producen estuches para aparatos eléctricos, partes para circuitos de interruptores eléctricos y botones (en general componentes eléctricos y electrónicos).

Polímero representante: Melamina-formaldehídoMonómero: Melamina (C3H6N6) y formaldehído (CH2O)

Método de polimerización: Etapas (Condensación)Módulo de elasticidad: 9000 MPa (1300000 lb/in2)

Resistencia a la tensión: 50 MPa (7000 lb/in2)Elongación: Menos del 1%

Gravedad especifica: 1.5Participación aproximada en el mercado: Alrededor del 4% para urea-formaldehído y melamina-formaldehído

4.5 Celulosas, poliestirenos, polietilenos y Propilenos

La propiedad definitoria de un polímero termoplástico es que se puede calentar desde el estado sólido hasta el estado viscoso y después enfriarse hasta volver a ser sólido, y es posible realizar muchas veces este ciclo de calentamiento y enfriamiento sin que el polímero se degrade. Es decir sus macromoléculas no se entrecruzan cuando se calientan. Aunque sí se deterioran con el calentamiento y enfriamiento repetidos.Es normal que las materias primas iniciales para estos productos se suministren al fabricante en forma de polvos o pelets, en bolsas, tambos o cargas grandes de camiones o vagones. Tiene una rigidez baja, posee poca resistencia a la tensión, menor dureza y mayor ductibilidad. Las propiedades mecánicas de los termoplásticos dependen de la temperatura.

Los polímeros termoplásticos más importantes son:

1. Celulosas (C6H10O5)La celulosa es un polímero carbohidratado que se encuentra de manera común en la naturaleza. El algodón y la madera, son las fuentes principales de celulosa para la industria, con el 50% y 95% del polímero, respectivamente. Son muy tenaces y se producen en una amplia variedad de colores. Cuando se produce como fibra para ropa se conoce como rayón; y cuando se produce como una película delgada se conoce como celofán. En general puede hacerse rígida, fuerte y resistente, dependiendo de su composición; sin embargo no es muy resistente a las inclemencias del clima, les afecta el calor y los químicos. Se utiliza generalmente en mangos para herramientas, gafas de seguridad, cascos, bolas de billar y juguetes. La celulosa en sí no puede usarse, debido a que con el aumento de temperatura se descompone antes de fundirse, es por ello que



se combina con distintos componentes para formar varios plásticos de importancia comercial como: *Acetato de celulosa (CA). Es un compuesto más estable que tiene una resistencia mecánica considerable y fácil de ser fabricado en hojas (para envolver), película (para fotografía) o ser moldeado por inyección, compresión y extrusión. Con este compuesto de fabrican envases de exhibición, juguetes, perillas, cuerpos de lámparas eléctricas, revestimientos de cerdas para brochas de pinturas, etc.

*Acetato-butirato de celulosa (CAB). Es un compuesto para moldeos (mejor que el CA), es similar al acetato de celulosa y ambos se producen en todos los colores por los mismos procesos, en general se reconoce por su baja absorción de humedad, por su fuerza, estabilidad dimensional bajo diversas condiciones atmosféricas y por su capacidad para ser extruido continuamente. Es utilizado para fabricar los siguientes productos: cascos para futbol, armazones para anteojos, charolas, cinturones, etc. Se utilizó en la restauración del ángel de la independencia en la ciudad de México.

Polímero: Acetato de celulosa (C6H9O5-COCH3)n

Elongación: 10%-50%

Símbolo: CA Gravedad especifica: 1.3Método de polimerización: Etapas (Condensación) Temperatura de transición al vidrio: 105ºC (221ºF)

Grado de cristalinidad: Amorfo Temperatura de fusión: 306ºC (583ºF)Módulo de elasticidad: 2800 MPa (400000 lb/in2) Participación aproximada en el mercado: Menos del 1%


2. Poliestirenos (C8H8) -PSEs un homopolímero lineal con estructura amorfa que en general resulta notable por su fragilidad. El PS es trasparente, se puede obtener en colores claros a opacos y es un material adaptado especialmente para moldeo por inyección y extrusión, pero a temperatura elevadas se degrada y varios solventes lo disuelven. Debido a su fragilidad, algunos PS con tienen algunos grados de caucho (de 5% al 15%), tipos para los que se emplea el término poliestireno de alto impacto. Son resistentes al agua, tiene tenacidad alta, resistencia a la tensión, buenas características de aislamiento (eléctrico). Sus aplicaciones son en juguetes moldeados, enseres domésticos, para empacar en forma de espumas de poliestireno, como aislante eléctrico, modelos de fundición, envases desechables (platos, tazas), bandejas para galletas y dulces, cajas para hielo, juguetes y muebles (como sustituto de la madera).

Polímero: Poliestirenos (C8H8)n Elongación: 1%Símbolo: PS Gravedad especifica: 1.05

Método de polimerización: Adición Temperatura de transición al vidrio: 100ºC (212ºF)Grado de cristalinidad: Ninguno (amorfo) Temperatura de fusión: 240ºC (464ºF)Módulo de elasticidad: 3200 MPa (450000 lb/in2) Participación aproximada en el mercado: Alrededor del 10%


3. Polietilenos (C2H4)n -PE



Las características que hacen atractivo al PE como material de ingeniería es su bajo costo, y que es inerte químicamente y fácil de procesar. Se encuentra en varios grados, los más comunes son el polietileno de baja densidad y el de alta densidad. El primero es un polímero muy ramificado con cristalinidad y densidad bajas, se usa en hojas, películas y aislamiento de alambres, ejemplos: tapones de los garrafones de agua (son flexibles y fáciles de doblar), bolsas del supermercado botellas, botes de basura, parachoques, juguetes. El segundo tiene una estructura más lineal, con cristalinidad y densidad altas, es más rígido y fuerte y su temperatura de fusión es más elevada; se usa para producir botellas, tubos y enseres domésticos, cinturones y correas, canoas.Los productos de polietileno son flexibles tanto temperatura ambiente normal como a bajas temperaturas, son a prueba de agua, no los afecta la mayoría de los agentes químicos; son capaces de sellar por calor y pueden producirse en muchos colores. El polietileno es uno de los plásticos más ligeros, pudiendo flotar en el agua, tiene una densidad de 0.91 a 0.96. Es uno de los plásticos más económicos y sus características de resistencia a la humedad favorecen para envolver y para hacer bolsas. Otros productos son: charolas para cubos de hielo, charolas para revelado, telas, material de envoltura, biberones, mangueras para jardín, cables coaxiales y partes aislantes para aplicaciones de alta frecuencia. Estos productos se pueden fabricar en moldeo por inyección, moldeo soplado o extruirse en láminas, películas.

Polímero: Polietilenos (C2H4)n (densidad baja) Polietilenos (C2H4)n (densidad alta)Símbolo: LDPE HDPE

Método de polimerización: Adición AdiciónGrado de cristalinidad: Común 55% Común 92%Módulo de elasticidad: 140 MPa (20000 lb/in2) 700 MPa (100000 lb/in2)

Resistencia a la tensión: 15 MPa (2000 lb/in2) 30 MPa (4000 lb/in2)Elongación: 100%-500% 200%-100%

Gravedad especifica: 0.92 0.96Temperatura de transición al vidrio: -100ºC (-148ºF) -115ºC (-175ºF)

Temperatura de fusión: 115ºC (240ºF) 135ºC (275ºF)Participación aproximada en el mercado: Alrededor de 20% Alrededor de 15%

4. Polipropileno (C3H6)n -PP

Puede ser procesado por todas las técnicas termoplásticas, especialmente para el moldeo por inyección. Tiene excelentes propiedades eléctricas y mecánicas, alta resistencia al impacto y a la tensión, resistencia al desgaste, con buena resistencia a los productos químicos y al calor, es el más ligero de los plásticos, elevado punto de fusión. Los monofilamentos de polipropileno se usan para hacer sogas, redes y telas, también se fabrican artículos para hospital y laboratorio, juguetes, muebles, equipaje, hojas para envolver alimentos, gabinetes para televisión y aislamientos eléctricos, tazas, contenedores para jugos. En especial para bisagras de una pieza que puede soportar un número elevado de ciclos de flexión sin que falle.

Polímero: Polipropileno (C3H6)n Elongación: 10%-500%Símbolo: PP Gravedad especifica: 0.90

Método de polimerización: Adición Temperatura de transición al vidrio: -20ºC (-4ºF)Grado de cristalinidad: Alto, varía con el procesamiento Temperatura de fusión: 176ºC (249ºF)Módulo de elasticidad: 1400 MPa (200000 lb/in2) Participación aproximada en el mercado: Alrededor de 13%




4.6 Materiales cerámicos

Es un tipo de material inorgánico, no metálico, buen aislante y que además tiene la propiedad de tener una temperatura de fusión y resistencia muy elevada. Todas estas propiedades, hacen que los materiales cerámicos sean imposibles de fundir y de mecanizar por medios tradicionales (fresado, torneado, brochado, etc). Por esta razón, en las cerámicas realizamos un tratamiento de sinterización. Existen materiales cerámicos cuya tensión mecánica en un ensayo de compresión puede llegar a ser superior a la tensión soportada por el acero. La razón, viene dada por la compresión de los poros/agujeros que se han creado en el material. Al comprimir estos poros la fuerza por unidad de sección es mayor que antes del colapso de los poros.

Clasificación

El producto obtenido dependerá de la naturaleza de la arcilla empleada, de la temperatura y de las técnicas de cocción a las que ha sido sometido. Así tenemos:

Materiales cerámicos porosos. No han sufrido vitrificación, es decir, no se llega a fundir el cuarzo con la arena. Su fractura (al romperse) es terrosa, siendo totalmente permeables a los gases, líquidos y grasas. Los más importantes:

- Arcillas cocidas. De color rojizo debido al óxido de hierro de las arcillas que la

componen. La temperatura de cocción es de entre 700 a 1.000 °C. Si una vez

cocida se recubre con óxido de estaño (similar a esmalte blanco), se

denomina loza estannífera. Se fabrican: baldosas, ladrillos, tejas, jarrones,

cazuelas, etc.

- Loza italiana.- Se fabrica con arcilla entre amarillenta y rojiza mezclada con

arena, pudiendo recubrirse de barniz transparente. La temperatura de cocción

varía entre 1.050 a 1070 °C.

- Loza inglesa. Fabricada de arcilla arenosa de la que se elimina mediante

lavado el óxido de hierro y se le añade silex (25-35%), yeso, feldespato (bajando

el punto de fusión de la mezcla) y caolín para mejorar la blancura de la pasta. La

cocción se realiza en dos fases:

1) Cocido entre 1.200 y 1.300 °C.

2) Se extrae del horno y se cubre de esmalte. El resultado es análogo a las

porcelanas, pero no es impermeable.

- Refractarios. Se trata de arcillas cocidas porosas en cuyo interior hay unas

proporciones grandes de óxido de aluminio, torio, berilio y circonio. La cocción se


http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Refractario&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Impermeable

http://es.wikipedia.org/wiki/Loza

http://es.wikipedia.org/wiki/Loza

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Loza_estann%C3%ADfera&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_hierro

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Arcillas_cocidas&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_mec%C3%A1nica

http://es.wikipedia.org/wiki/Brochadora

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Torneado&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Fresado


efectúa entre los 1.300 y los 1.600 °C. El enfriamiento se debe realizar lenta y

progresivamente para no producir agrietamientos ni tensiones internas. Se

obtienen productos que pueden resistir temperaturas de hasta 3.000 °C. Las

aplicaciones más usuales son:

a) Ladrillos refractarios, que deben soportar altas temperaturas en el interior de

hornos.

b) Electrocerámicas: Con las que en la actualidad se están llevando a cabo

investigaciones en motores de automóviles, aviones, generadores eléctricos,

etc., con vistas a sustituir elementos metálicos por refractarios, con los que se

pueden obtener mayores temperaturas y mejor rendimiento. Una aplicación no

muy lejana fue su uso por parte de la NASA para proteger la parte delantera y

lateral del Challenger en el aterrizaje.

Materiales cerámicos impermeables y semipermeables . Se los ha sometido a temperaturas bastante altas en las que se vitrifica completamente la arena de cuarzo. De esta manera se obtienen productos impermeables y más duros. Los más destacados:

- Gres cerámico común.- Se obtiene a partir de arcillas ordinarias, sometidas a

temperaturas de unos 1.300 °C. Es muy empleado en pavimentos.

- Gres cerámico fino.- Obtenido a partir de arcillas refractarias (conteniendo

óxidos metálicos) a las que se le añade un fundente (feldespato) con objeto de

rebajar el punto de fusión. Más tarde se introducen en un horno a unos 1.300 °C.

Cuando está a punto de finalizar la cocción, se impregnan los objetos

de sal marina. La sal reacciona con la arcilla y forma una fina capa de

silicoalunminato alcalino vitrificado que confiere al gres su vidriado característico.

- Porcelana. Se obtiene a partir de una arcilla muy pura, denominada caolín, a la

que se le añade fundente (feldespato) y un desengrasante (cuarzo o sílex). Son

elementos muy duros soliendo tener un espesor pequeño (de 2 a 4 mm), su color

natural es blanco o translucido. Para que el producto se considere porcelana es

necesario que sufra dos cocciones: una a una temperatura de entre 1.000 y

1.300 °C y otra a más alta temperatura pudiendo llegar a los 1.800 °C. Teniendo

multitud de aplicaciones en el hogar (pilas de cocina, vajillas, etc.) y en la

industria (toberas de reactores, aislantes en transformadores, etc.). Según la

temperatura se distinguen dos tipos:


http://es.wikipedia.org/wiki/Reactor

http://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%ADlex

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuarzo

http://es.wikipedia.org/wiki/Feldespato

http://es.wikipedia.org/wiki/Caol%C3%ADn

http://es.wikipedia.org/wiki/Porcelana

http://es.wikipedia.org/wiki/Alcalino

http://es.wikipedia.org/wiki/Arcilla

http://es.wikipedia.org/wiki/Sal_(condimento)

http://es.wikipedia.org/wiki/Feldespato

http://es.wikipedia.org/wiki/Gres

http://es.wikipedia.org/wiki/Gres

http://es.wikipedia.org/wiki/Challenger

http://es.wikipedia.org/wiki/NASA

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Electrocer%C3%A1micas&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ladrillos_refractarios&action=edit&redlink=1


Porcelanas blandas. Cocidas a unos 1.000 °C, se sacan se les aplica esmalte

y se vuelven a introducir en el horno a una temperatura de 1.250 °C o más.

Porcelanas duras. Se cuecen a 1.000º C, a continuación se sacan, se

esmaltan, y se reintroducen en el horno a unos 1.400 °C o más. Si se

decoran se realiza esta operación y luego se vuelven a introducir en el horno

a unos 800 °C.

Estructura de los materiales cerámicos

Tienen baja conductividad eléctrica y térmica y son usados a menudo como aislantes. Son fuertes y duros, aunque frágiles y quebradizos. Nuevas técnicas de procesos consiguen que los cerámicos sean lo suficientemente resistentes a la fractura para que puedan ser utilizados en aplicaciones de carga. Dentro de este grupo de materiales se encuentran: el ladrillo, el vidrio, la porcelana, los refractarios y los abrasivos.

Materiales cerámicos

Entre los metales cerámicos puros destacan el óxido de aluminio, el nitruro de silicio y el carburo de tungsteno.

Estos materiales presentan una estructura atómica formada por enlaces híbridos iónico-covalentes que posibilitan una gran estabilidad de sus electrones y les confieren propiedades específicas como la dureza, la rigidez y un elevado punto de fusión.

Sin embargo, su estructura reticular tiene menos electrones libres que la de los metales, por lo que resultan menos elásticos y tenaces que éstos.

Según su microestructura, podemos clasificarlos en: cerámicos cristalinos, cerámicos no cristalinos o vidrios y vitro cerámicos.

Cerámicos cristalinos

Se obtienen a partir de sílice fundida. Tanto el proceso de fusión como el de solidificación posterior son lentos, lo que permite a los átomos ordenarse en cristales regulares. Presentan una gran resistencia mecánica y soportan altas temperaturas, superiores a la de reblandecimiento de la mayoría de los vidrios refractarios.

Cerámicos no cristalinos



Se obtienen también a partir de sílice pero, en este caso, el proceso de enfriamiento es rápido, lo que impide el proceso de cristalización. El sólido es amorfo, ya que los átomos no se ordenan de ningún modo preestablecidos.

Vitro cerámicos

Se fabrican a partir de silicatos de aluminio, litio y magnesio con un proceso de enfriamiento también rápido. Químicamente son similares a los vidrios convencionales, pero la mayor complejidad de sus moléculas determina la aparición de microcristales que les confieren mayor resistencia mecánica y muy baja dilatación térmica.

Propiedades y aplicaciones

Los materiales cerámicos se caracterizan por las siguientes propiedades:

• Son muy duros y presentan una gran resistencia mecánica al rozamiento, al desgaste y a la cizalladura.

• Son capaces de soportar altas temperaturas

• Tienen gran estabilidad química y son resistentes a la corrosión

• Poseen una amplia gama de cualidades eléctricas.

Los materiales cerámicos son materiales ligeros. Su densidad varía según el tipo de cerámica y el grado de compacidad que presenten. Son mucho más duros que los metales. A diferencia de éstos, se trata de materiales relativamente frágiles, ya que los enlaces iónico-covalentes.

Su fragilidad es muy baja y las fracturas se propagan de manera irreversible.

Para mejorar sus propiedades, se han desarrollado materiales híbridos o compositores. Estos compuestos constan de una matriz de fibra de vidrio, de un polímero plástico o, incluso, de fibras cerámicas inmersas en el material cerámico, con lo que se consigue que el material posea elasticidad y tenacidad, y, por tanto, resistencia a la rotura.

Los materiales cerámicos también se utilizan en la fabricación de otros materiales híbridos denominados cermet, abreviatura de la expresión inglesa ceramic metals, compuestos principalmente de óxido de aluminio, dióxido de silicio y metales como el cobalto, el cromo y el hierro.



Para obtenerlos, se emplean dos técnicas: el sintetizado y el fritado.

El sintetizado consiste en compactar los polvos metálicos cuando presentan dificultad para ser aleados. El fritado consiste en someter el polvo metálico junto al material cerámico a una compresión dentro de un horno eléctrico para obtener una aleación.

Resistencia a la temperatura

Esta propiedad se fundamenta en tres características de los materiales cerámicos: elevado punto de fusión, bajo coeficiente de dilatación y baja conductividad térmica.

Su elevado punto de fusión supera el de todos los metales, si exceptuamos el volframio.

Su bajo coeficiente de dilatación los hace particularmente resistentes a los choques térmicos. Otros materiales, en esta circunstancia, experimentan cambios de volumen que determinan la aparición de grietas y su posterior rotura.

Su baja conductividad térmica permite su empleo como aislantes.

Resistencia a los agentes químicos

La estructura atómica de los materiales cerámicos es la responsable de su gran estabilidad química, que se manifiesta en su resistencia a la degradación ambiental y a los agentes químicos.

Las aplicaciones de los diferentes tipos de materiales dependen de su estructura y de los agentes químicos a que vayan ser sometidos.

La alúmina de elevada pureza se emplea en prótesis o implantes óseos o dentales por su resistencia al desgaste y a la corrosión, y su gran estabilidad a lo largo del tiempo.

Cerámicos tradicionales

Los materiales cerámicos son materiales inorgánicos no metálicos, constituidos por elementos metálicos y no metálicos enlazados principalmente mediante enlaces iónicos y/o covalentes. Las composiciones químicas de los materiales cerámicos varían considerablemente, desde compuestos sencillos a mezclas de muchas fases complejas enlazadas. Las propiedades de los materiales cerámicos también varían mucho debido a diferencias en los enlaces. En general, los materiales cerámicos son típicamente duros y frágiles con baja tenacidad y ductilidad. Los materiales cerámicos se comportan usualmente como buenos aislantes eléctricos y térmicos debido a la ausencia de electrones conductores, normalmente poseen temperaturas de fusión relativamente



altas y, asimismo, una estabilidad relativamente alta en la mayoría de los medios más agresivos debido a la estabilidad de sus fuertes enlaces. Debido a estas propiedades los materiales cerámicos son indispensables para muchos de los diseños en ingeniería. En general, los materiales cerámicos usados para aplicaciones en ingeniería pueden clasificarse en dos grupos: materiales cerámicos tradicionales y materiales cerámicos de uso específico en ingeniería. Normalmente los materiales cerámicos tradicionales están constituidos por tres componentes básicos: arcilla, sílice(pedernal) y feldespato. Ejemplos de cerámicos tradicionales son los ladrillos y tejas utilizados en las industrias de la construcción y las porcelanas eléctricas de uso en la industria eléctrica. Las cerámicas ingenieriles, por el contrario, están constituidas, típicamente, por compuestos puros o casi puros tales como oxido de aluminio ( Al2O3), carburo de silicio(SiC), y nitruro de silicio(Si3N4). Ejemplos de aplicación de las cerámicas ingenieriles en tecnología punta son el carburo de silicio en las áreas de alta temperatura de la turbina del motor de gas, y el óxido de aluminio en la base del soporte para los circuitos integrados de los chips en un módulo de conducción térmica. Estructuras de los Cerámicos Sencillos: Algunos compuestos cerámicos con estructuras cristalinas relativamente sencillas están recogidos en la tabla 10.1 con sus puntos de fusión. Tabla 10.1

Compuesto cerámico

Punto de Fusión,°C

Compuesto cerámico

Punto de Fusión,°C

Carburo de afnio, HfC 4150Carburo de boro, B4C 2450Carburo de titanio, TiC 3120

Oxido de aluminio, Al2O3 2050

Carburo de wolframio, WC 2850

Dióxido de silicio, SiO2 1715

Oxido de magnesio. MgO 2798

Nitruro de silicio, Si3N4 1900

Carburo de silicio, SiC 2500Dióxido de titanio, TiO2 1605

En los compuestos cerámicos listados, el enlace atómico es una mezcla de los tipos iónico y covalente para los enlaces entre átomos en estos compuestos se pueden obtener considerando las diferencias de electronegatividad entre los diferentes tipos de átomos en los compuestos y utilizando la ecuación de Pauling para el porcentaje de carácter iónico. La cantidad de enlace iónico o covalente entre los átomos de estos



compuestos es importante porque determina en alguna medida que tipo de estructura cristalina se formara en el compuesto cerámico. Los sólidos (cerámicos) iónicos el empaquetamiento de los iones está determinado principalmente por los siguientes factores:

1- El tamaño relativo de los iones en el sólido iónico (considerando los iones como esferas compactas de radio definido).

2- La necesidad de balancear las cargas electrostáticas para mantener la neutralidad eléctrica en el sólido iónico.

Limitaciones de tamaño para el empaquetamiento denso de iones en un sólido iónico: los sólidos iónicos están formados por cationes y aniones. En el enlace iónico algunos átomos pierden sus electrones más externos para convertirse en cationes y otros ganan electrones para convertirse en aniones. Por tanto, los cationes son normalmente más pequeños que los aniones enlazados con ellos. Cuanto mayor sea el número de aniones que rodean al catión central, más estable es el sólido. Sin embargo, los aniones deben estar en contacto con el catión central y deben mantener la neutralidad de carga.

4.6.3. Propiedades generales y aplicación de los cerámicos

APLICACIONES FeldespatoMercados y Aplicaciones

El feldespato sódico se emplea como fundente en el sector de la cerámica y, en particular, en la fabricación de gres porcelánico, artefactos sanitarios y esmaltes. El mercado cerámico italiano es el consumidor más importante de albita, en sus distintos segmentos productivos. El rápido crecimiento de dicho mercado, a lo largo de esta última década, en parte, se debe a la gran disponibilidad de recursos minerales que tiene Italia y, en parte, a la constancia de los productos de Maffei, en términos cualitativos, cuantitativos y de diversificación de los productos. Los artículos de Maffei abastecen una cuota importante de feldespato sódico, en el sector de la industria de la baldosa y cubren la casi totalidad del consumo italiano, destinado a la fabricación de artefactos sanitarios. A nivel europeo, cabe mencionar que grupos importantes del ramo de la cerámica utilizan tradicionalmente el feldespato sódico de Maffei, porque la firma es una garantía de la buena calidad del producto, siempre conforme a los estándares internacionales.Fundiendo la pasta a unas temperaturas inferiores a las de los demás componentes, la albita permite bajar su punto de fusión. En los productos vitrificados agrede a los demás componentes y hace que pasen a formar una disolución, en una cantidad que depende de la temperatura y del intervalo de cocción.



Gran parte de las características finales de las distintas manufacturas de cerámica depende de la calidad y de la constancia cualitativa del feldespato utilizado. En función del porcentaje empleado, de los ciclos de cocción y de la composición de los demás componentes de la pasta, la albita favorece la solubilización de las materias primas y hace que se formen fases líquidas alrededor de las partículas sólidas.La albita también se aplica en la fabricación del vidrio. Actúa como aportador de Al2O3 y Na2O, merced a lo cual reduce el uso de soda y de alúmina, que se añade bajo otras formas.Por otra parte, las albititas cloríticas de Maffei Sarda satisfacen a la perfección las necesidades de una demanda creciente de fundentes enérgicos, que otorguen a las pastas la capacidad de gresificarse a unas temperaturas más bajas. En un sector, como el de las baldosas y azulejos, en que los tiempos de cocción son cada vez más breves, el aporte de magnesio en los feldespatos otorga al producto acabado unas características antihielo, iguales o superiores a la de los productos que se obtienen con ciclos más largos y utilizando feldespatos tradicionales. CuarzoMercados y Aplicaciones El cuarzo es un mineral que se utiliza abundantemente, en distintos procesos productivos, en virtud de sus características refractarias y de dureza. Se emplea en gran cantidad en la industria de la cerámica y, en particular, para los esmaltes cerámicos, en la siderurgia, en las industrias del vidrio, de la pintura y los barnices, de los abrasivos, de los materiales refractarios, de la filtración, de la mecánica de precisión y en muchas otras más, debido a sus propiedades piezoeléctricas, de polarización giratoria y de permeabilidad a los rayos ultravioleta. Además es la materia prima con la que se prepara el carburo de silicio, un abrasivo de prima calidad.Maffei SpA extrae y comercializa el cuarzo, desde sus albores. Y los productos de Maffei desempeñan un papel clave, en el sector de la cerámica, tanto en el de los esmaltes como en el de los artefactos sanitarios y la siderurgia. En particular, en el ramo de los esmaltes cerámicos, el cuarzo es de una importancia fundamental, pues es el ingrediente estructural de los denominados esmaltes crudos para ciclos de cocción muy largos, o bien, de fritas, para los ciclos más rápidos.Los distintos tipos de productos del Grupo Teknoquarz se han hecho con una cuota de mercado destacada, en todos los demás sectores industriales donde el cuarzo se emplea como materia prima -artículos refractarios, arenado, fábricas de pinturas y pastas cerámicas, pisos industriales, filtraciones, abrasivos, colas, mezclas de cemento, pasta lavamanos, pinturas a base de cuarzo, enlucidos plásticos, revestimientos bituminosos, pinturas al agua, antiparasitarios, placas de fibrocemento, adhesivos, antiácidos, anticorrosivos, chips abrasivos, etc. Otras AplicacionesConcluimos en que los materiales cerámicos, debido a sus propiedades térmicas, eléctricas y mecánica, es de gran aplicación en muchos de los ámbitos industriales. Un ejemplo de tal aplicación, es el desarrollo del sistema de protección térmica para vehículos orbitales, como el transbordador espacial. Dado que el transbordador



espacial ha de ser usado para almenos en 100 misiones, se hizo necesario el desarrollo de nuevos aislamientos cerámicos en losetas.Alrededor del 70% de la superficie externa del vehículo orbital está protegida del calor por aproximadamente 24000 losetas individuales de cerámica hechas en un compuesto de fibra de sílice.


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