Post on 16-Apr-2017
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
UD 09. Materials no metllics
Continguts (II)Les fustesFusta natural
Fusta artificial
Les cermiquesArgiles
Ciments
Refractaris
Vidres
Abrasius
UD 09. Materials no metllics
Continguts (III)Les fibres txtilsProcs industrial d'obtenci
ClassificaciNaturals
Artificials
Sinttiques
Propietats i aplicacions
Els materials compostosFormigons
Resines reforades amb fibres
Contraplacats i emparedats
UD 09. Materials no metllics
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
UD 09. Materials no metllics
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)
UD 09. Les cermiques
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...
UD 09. Les cermiques
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
UD 09. Les cermiques
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...
UD 09. Les cermiques
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
UD 09. Les cermiques
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
UD 09. Les cermiques
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)
UD 09. Les cermiques
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
UD 09. Les cermiques
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
UD 09. Les cermiques
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
UD 09. Les cermiques
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
UD 09. Les fibres txtils
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)
UD 09. Les fibres txtils
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
UD 09. Les fibres txtils
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
UD 09. Les fibres txtils
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
UD 09. Els materials compostos
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
UD 09. Els materials compostos
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
UD 09. Els materials compostos
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
UD 09. Els materials compostos
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...