UNIDAD 8: PLÁSTICOS, FIBRAS TEXTILES Y OTROS MATERIALES

UNIDAD 8: PLÁSTICOS, FIBRAS TEXTILES Y OTROS MATERIALES
BLOQUE: MATERIALES TECNOLOGÍA INDUSTRIAL I

ESQUEMA DE LA UNIDAD: 1. PLÁSTICOS 1.1. PROCESO DE OBTENCIÓN
1.2. TIPOS DE PLÁSTICOS 1.3. TÉCNICAS DE CONFORMADO 2. FIBRAS TEXTILES 3. LA MADERA 3.1. PARTES Y TIPOS 3.2. PRODUCTOS DERIVADOS 3.3. EL PAPEL 4. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN: CEMENTO Y DERIVADOS

1. PLÁSTICOS Los plásticos son polímeros sintéticos. Un polímero es una macromolécula que resulta de la unión de monómeros, en un proceso denominado polimerización. Sus principales características son: - Plasticidad - Cualidades estéticas - Resistencia a la corrosión - Bajo precio - Aislante térmico y eléctrico - Baja resistencia - Alta tenacidad - Soporta mal altas temperaturas

1. PLÁSTICOS 1.1. PROCESO DE OBTENCIÓN (Industria petroquímica):
Para llevar a cabo el proceso de polimerización, se añaden a un reactor los siguientes elementos que, sometidos a presión y alta temperatura, conducirán a la formación del plástico (polímero) MATERIA PRIMA: hidrocarburos procedentes del petróleo, fundamentalmente naftas (gasolinas), que mediante un proceso de craqueo, se transforman en una mezcla de etileno, propileno, butileno y otros hidrocarburos ligeros. CARGAS: se añaden para abaratar el producto y mejorar algunas propiedades. Son fibras de vidrio, textiles, papel, etc. ADITIVOS: cuyo objetivo proporcionar al polímero determinadas c cualidades. Son colorantes, antiestáticos, estabilizantes… CATALIZADORES: con el fin de iniciar y acelerar el proceso de polimerización.

1. PLÁSTICOS 1.2. TIPOS DE PLÁSTICOS
Existen diversas maneras de clasificar los plásticos, atendiendo a su comportamiento cuando debe ser conformado, se distinguen: A. PLÁSTICOS TERMOPLÁSTICOS: Estructura: polímeros lineales o poco ramificados unidos entre sí por enlaces débiles, que pueden romperse fácilmente al calentar, lo que confiere propiedades plásticas al material, permitiendo su conformado y refundido tantas veces como se quiera. Ejemplos: Polietileno tereftalato (PET), Cloruro de polivinilo (PVC), Polipropileno (PP), Polietileno (PEAD y PEBD), Poliestireno (PS), Policarbonato (PC).

1. PLÁSTICOS A. PLÁSTICOS TERMOPLÁSTICOS (continua):
Una de las principales características de los termoplásticos es su capacidad para ser reciclados, el siguiente cuadro muestra el símbolo que identifica a algunos de estos plásticos, sus aplicaciones y posibles usos tras el reciclado.

1. PLÁSTICOS B. PLÁSTICOS TERMOESTABLES O TERMOFIJOS
Estructura: formados por cadenas lineales unidas entre sí, dando lugar a una estructura tridimensional. Entre las cadenas se establecen uniones fuertes, que presentan una mayor resistencia a los esfuerzos y una mayor estabilidad térmica. Son plásticos que cuando son moldeados por calor sufren modificaciones químicas que impiden posteriores conformados, por lo que no son reciclables. EJEMPLOS: resinas fenólicas, resinas uréicas, resinas melamínicas, resinas de poliéster, resinas epoxi, espumas de poliuretano

1. PLÁSTICOS C. PLÁSTICOS ELASTÓMEROS
Estructura: sus cadenas forman mallas de estructura amplia con pocos enlaces transversales, lo que les confiere elevada elasticidad. Son polímeros que sufren una gran deformación elástica al aplicarles una fuerza, dicha deformación desaparece cuando se elimina el esfuerzo. No son reciclables. Se obtienen mediante un proceso denominado VULCANIZADO, consistente en aportar azufre, a alta presión y temperatura. EJEMPLOS: neoprenos, siliconas, cauchos (naturales y sintéticos)

1. PLÁSTICOS VIDEO:

1. PLÁSTICOS 1.3. TÉCNICAS DE CONFORMADO
Vamos a ver distintas técnicas dependiendo del tipo de plástico que se va a trabajar. PLÁSTICOS TERMOPLÁSTICOS: el polímero es calentado hasta un punto cercano o superior a su temperatura de fusión. A partir de aquí, los procesos más usados para dar forma son: 1. EXTRUSIÓN: Un mecanismo de tornillo fuerza el termoplástico caliente a través de una boquilla obteniéndose una pieza continua, de gran longitud y poca sección que es enfriada mediante un chorro de aire o agua fría. Mediante esta técnica se fabrican tubos, alambres, cables.

1. PLÁSTICOS 1.3. TÉCNICAS DE CONFORMADO (TERMOPLÁSTICOS)
2. MOLDEO POR SOPLADO: una pieza hueca y caliente de polímero, llamado preforma, es introducido en un molde y, mediante un gas a presión, expandido contra las paredes del molde. Esta técnica se emplea para fabricar botellas, recipientes y piezas huecas. 3. MOLDEO POR INYECCIÓN: El polímero termoplástico en forma de gránulos se introduce en un cilindro calefactor dónde se funde, mediante un émbolo el polímero pasa a un molde de acero con la forma deseada. Una vez que el plástico solidifica se abre el molde y se expulsa la pieza. Esta técnica se utiliza para fabricar cubos, platos, carcasas de objetos con formas complejas…

4. MOLDEADO AL VACÍO: Se aplica sobre láminas delgadas de plástico que, sujetas por sus bordes y reblandecidas por calor, se adaptarán a la forma de un molde al hacerse el vacío por la succión del aire que queda entre el plástico y el molde. Se utiliza para fabricar envoltorios de plástico o blísteres de artículos como pilas, juguetes, material escolar, etc. 5. HILADO: Los filamentos y fibras pueden se producidos mediante el hilado, que en realidad es un proceso de extrusión. El polímero termoplástico es forzado a pasar a través de una boquilla que contiene muchos pequeños agujeros, los hilos son después enfriados mediante un chorro de aire o un baño de líquido y a continuación son estirados y bobinados. Este proceso es el habitual para obtener lo hilos de las fibras sintéticas con las que se elaboran todo tipo de prendas.

6. CALANDRADO O LAMINADO: Esta técnica consiste en verter el plástico fundido entre un grupo de rodillos con una pequeña abertura (calandra). Los rodillos generan una delgada capa o película de polímero. Esta técnica es empleada para conseguir finas láminas. VIDEOS: - Botellas de plástico: - Bolsas de plástico:

1. PLÁSTICOS 1.3. TÉCNICAS DE CONFORMADO
PLÁSTICOS TERMOESTABLES: Los plásticos termoestables no pueden fundirse ni deformarse una vez que su estructura molecular se ha constituido definitivamente. Por esta razón, estos plásticos se polimerizan parcialmente en gránulos o resinas líquidas, completando esta polimerización o curado mediante calor y presión, al mismo tiempo que se da forma a las piezas o productos correspondientes. Las técnicas más utilizadas para la fabricación de este tipo de plásticos son:

1. PLÁSTICOS 1.3. TÉCNICAS DE CONFORMADO (TERMOESTABLES)
1. MOLDEO POR COMPRESIÓN: Los gránulos de plástico termoestable se introducen en moldes donde se calientan y comprimen produciéndose el curado a la vez que adquieren su forma definitiva. Mediante esta técnica se obtienen objetos diversos como clavijas, bases de enchufe, mangos de cazos, cubiertos, tapones para botellas y se pueden fabricar piezas muy grandes, aunque no muy complicadas, como los salpicaderos de los coches.

1. PLÁSTICOS 1.3. TÉCNICAS DE CONFORMADO (TERMOESTABLES)
2. MOLDEO POR INYECCIÓN: Algunos termoestables admiten este procedimiento similar al utilizado con termoplásticos, pero controlando los valores de temperatura y presión en el molde, para que se produzca el curado del termoestable. 3. MOLDEO POR IMPREGNACIÓN DE RESINAS: Sobre un molde abierto se extienden capas delgadas de resina líquida de poliéster insaturado a la que suelen añadirse refuerzos de fibra de vidrio o de carbono. Con este procedimiento se fabrican depósitos, cascos de embarcaciones, paneles para automóviles y aviones y material deportivo.

2. FIBRAS TEXTILES Las fibras textiles son la unidad fundamental en la fabricación de hilos y telas. Están constituidas por filamentos caracterizados por tener una longitud muy superior a su diámetro. Características más importantes de estas fibras: - Conducción del calor (aislante o conductor) - Absorción de la humedad (transpirable) - Elasticidad - Resistencia - Propiedades estéticas (brillo, posibilidad de tintar…) Se clasifican en función de su origen en: 1. FIBRAS NATURALES, pueden ser de origen animal, de origen vegetal o de origen mineral 2. FIBRAS ARTIFICIALES: utilizan para su creación componentes naturales, como la celulosa. 3. FIBRAS SINTÉTICAS: no utilizan componentes naturales, son sintetizadas químicamente.

2. FIBRAS TEXTILES 2.1. FIBRAS NATURALES
1. FIBRAS DE ORIGEN ANIMAL: proceden del pelo o la piel de diversas especies animales. - LANA - SEDA - CUERO - FIBRAS ESPECIALES DE PELO: Mohair, cashmere, angora, alpaca, vicuña. 2. FIBRAS DE ORIGEN VEGETAL: se obtienen de las semillas (algodón), los tallos (lino, cáñamo), las hojas (esparto) o los frutos (coco). Compuestas fundamentalmente por celulosa. - ALGODÓN - LINO - ESPARTO

2. FIBRAS TEXTILES 2.1. FIBRAS NATURALES 2.2. FIBRAS ARTIFICIALES
3. FIBRAS DE ORIGEN MINERAL: se obtienen de determinados minerales previa transformación de éstos. - FIBRA DE VIDRIO - HILOS METÁLICOS: ORO, PLATA - AMIANTO (en desuso) 2.2. FIBRAS ARTIFICIALES Este tipo de fibras se producen a partir de la transformación de polímeros naturales, como la celulosa. Presenta fibras largas y continuas, aunque sus propiedades son en general peores que las de las fibras naturales. - RAYÓN

2. FIBRAS TEXTILES 2.3. FIBRAS SINTÉTICAS
Se obtienen a partir de polímeros sintéticos, generalmente a partir de productos derivados del petróleo. Tienen buenas propiedades, pero su principal inconveniente es que son higroscópicas (no absorben la humedad, sudor). Habitualmente aparecen mezcladas con fibras naturales. - POLIAMIDAS (NYLON) - POLIÉSTER - FIBRAS ACRÍLICAS - POLIURETANO (LYCRA)

3. LA MADERA 3.1. PARTES Y TIPOS
La madera está constituida fundamentalmente por celulosa y lignina: - CELULOSA (60%): polisacárido formado por glucosa y que forma parte de la pared de las células vegetales. - LIGNINA (30%): polímero resultante de la unión de varios ácidos y alcoholes. Su misión es cementar las fibras de madera, proporcionar rigidez a las mismas y actuar como barrera contra la degradación enzimática de la pared celular.

ESTRUCTURA DE LA MADERA: si se corta transversalmente el tronco de un árbol, en la sección resultante podríamos ver sus diferentes partes: CORTEZA: parte más externa, espesor irregular, su función es proteger al árbol. CORTEZA INTERNA O LÍBER: parte interna de la corteza, capa muy fina que sirve para conducir la savia. CÁMBIUM: su función es generar células nuevas, engrosando el tronco. ALBURA: tiene un color blanquecino y está formada por madera joven, que todavía contiene células vivas que transportan el agua y sustancias. Es una madera porosa y poco resistente. DURAMEN: está constituido por tejidos que ya han alcanzado su máximo desarrollo y resistencia. NUCLEO: madera más vieja, muy oscura y que carece prácticamente de humedad. Gran dureza y cohesión.

PROPIEDADES TECNOLOGÓGICAS
3. LA MADERA 3.1. PARTES Y TIPOS PROPIEDADES: características de las maderas que debemos considerar para su correcta elección y utilización. PROPIEDADES FÍSICAS -DENSIDAD (referida a un 12% de humedad) - CONTRACCIÓN (% reducción del volumen durante el secado) - DUREZA PROPIEDADES TECNOLOGÓGICAS COMPORTAMIENTO ANTE EL: - SECADO - ASERRADO - OBTENCIÓN DE CHAPAS - MECANIZADO - ENCOLADO - ATORNILLADO OTRAS PROPIEDADES - COLOR - PRESENCIA DE RESINA - DIMENSIÓN Y DISPOSICIÓN DE LAS FIBRAS - OLOR - VETEADO - GRANO - TEXTURA - IMPREGNABILIDAD - DURABILIDAD (Resistencia natural al ataque de organismos)

TIPOS DE MADERAS: Según su dureza, la madera se clasifica en: 1. MADERAS DURAS: - Proceden de árboles de hoja caduca, que tardan décadas e incluso años en alcanzar el grado de madurez suficiente para ser cortadas y poder ser empleadas. - Árboles de crecimiento lento, por lo que son más densas y soportan mejor las inclemencias del tiempo que las blandas. - Son mucho más caras que las blandas, su lento crecimiento provoca su escasez, pero son mucho más atractivas para construir muebles con ellas. También son muy empleadas para realizar tallas de madera o todo producto en el cual las maderas macizas de calidad son necesarias. Dentro de este grupo están: roble, nogal, castaño, olmo, encina, ébano, cerezo, haya…

3. LA MADERA 3.1. PARTES Y TIPOS - MADERAS BLANDAS:
- Proceden de árboles de hoja perenne (fundamentalmente coníferas). - La gran ventaja que tienen respecto a las maderas duras, es su ligereza y su precio mucho menor. - No tiene una vida tan larga como las duras. - Su manipulación es mucho más sencilla, aunque tiene la desventaja de producir mayor cantidad de astillas. - Presentan siempre colores claros, aunque suelen oscurecer por efecto del aire y la luz. Son maderas sin veteado, lo cual le resta atractivo, por lo que casi siempre es necesario pintarla, barnizarla o teñirla. Dentro de este grupo están el pino, ciprés, abeto, cedro, chopo, sauce, abedul…

3. LA MADERA 3.2. PRODUCTOS DERIVADOS: MADERAS PREFABRICADAS
Las maderas naturales, a pesar de tener las mejores propiedades y belleza, presentan algunos inconvenientes como pueden ser: - presencia de defectos (nudos, grietas, resinas…) - ataques de parásitos - limitaciones de superficie (grosor de los troncos) - poca disponibilidad, mayor precio

3. LA MADERA 3.2. PRODUCTOS DERIVADOS: MADERAS PREFABRICADAS
Las maderas prefabricadas o artificiales están fabricadas a partir de restos de maderas naturales, se obtienen a partir de: - Fibras, virutas o trocitos de madera - Finas chapas de madera natural que recubren una pieza prefabricada, para darle mejor aspecto. Resuelven muchos de los problemas de las maderas naturales, presentando las siguientes ventajas: - Son económicamente más rentables, se obtienen a partir de cualquier tipo de madera. - No tienen nudos, ni se pudren al humedecerlas, no menguan ni se hinchan. - Su anchura no está limitada por el tamaño del árbol.

3. LA MADERA 3.2. PRODUCTOS DERIVADOS
Aglomerado. Se obtiene mezclando virutas y restos de madera triturada con colas especiales y comprimiéndolas. Luego pueden ser recubiertos por una lámina fina de madera o plástico para proporcionarle un mejor acabado. Contrachapado. Se fabrica mediante la unión encolada y prensada de varias láminas finas de madera. Tableros de fibra. Se obtienen uniendo partículas o fibras de madera con una resina sintética y luego prensando. Uno de los más empleados es el DM. Laminados. Están formados por una base de tablero artificial al que se le ha pegado una lámina muy fina de madera o plástico con un veteado o acabado atractivo.

3.3. EL PAPEL MATERIA PRIMA PROCESO DE OBTENCIÓN
El papel puede obtenerse a partir de distintas materias primas: - Celulosa procedente de la madera - Papel o cartón reciclados - Desechos de materia vegetal - Productos textiles reciclados La pasta de madera es la principal materia prima para la fabricación de papel. PROCESO DE OBTENCIÓN En esencia, su proceso de fabricación busca separar las fibras de celulosa de la lignina que la une, prensando y laminando estas fibras para constituir una banda continua.

3.3. EL PAPEL PROCESO DE OBTENCIÓN Etapas del proceso:
OBTENCIÓN DE LA PASTA DE MADERA (CELULOSA) - Descortezado de los troncos. - Desfibrado: se introducen los troncos en agua caliente y se muelen. - Separación de la celulosa por eliminación de la lignina. Dos posibles procedimientos: a) Mecánico: La madera desfibrada se cuece a presión en una caldera con agua. Proporciona una pasta de celulosa que aún contiene algo de lignina y que proporcionará papeles de baja calidad. b) Químico: la eliminación de la lignina se realiza en digestores, añadiendo una serie de sustancias químicas que funcionan aislando las fibras de celulosa.

3.3. EL PAPEL OBTENCIÓN DE LA PASTA DE MADERA (CELULOSA) (sigue)
El tipo de reactivo químico empleado depende del tipo de madera que se va a tratar y va a condicionar el grado de contaminación del proceso. Puede emplearse: -Sosa cáustica: para todo tipo de maderas, proceso poco contaminante. -Sustancias alcalinas (bases): para maderas resinosas y si se emplean como materia residuos vegetales o textiles. Es un procedimiento algo contaminante. -Sustancias ácidas (bisulfitos): se trata de un procedimiento muy contaminante que es empleado con maderas de crecimiento rápido, como el eucalipto. Uno de los árboles más empleados para la producción de papel.

3.3. EL PAPEL 2. SEPARACIÓN Y BLANQUEO DE LA PASTA
Lavado de la pasta de celulosa para eliminar impurezas y, si la aplicación que se vaya a dar al papel lo requiere, blanqueo con cloro. 3. ADICIÓN DE COLAS Y COLORACIÓN Se añaden colas o pegamentos sintéticos para unir entre sí las fibras de celulosa. Si es necesario, se añaden colorantes para obtener papeles de distintos colores.

4. EL PAPEL 4. FABRICACIÓN DE ROLLOS O BALAS
En primer lugar hay que eliminar el agua presente en las fibras, para ello se escurre el papel por gravedad, se hace pasar por extractores que succionan parte del agua presente y por último se comprime en rodillos y se aplica calor para eliminar completamente la humedad. Por último se realiza un calandrado con el fin de ajustar grosores y alisar el papel, que finalmente se enrolla en bobinas para comercializarlo.

4. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
4.1. CEMENTO El cemento es un material de construcción de la categoría de los AGLOMERANTES, es decir, que su función es unir entre sí otros materiales. Es un material que se presentan en forma de polvo al que se añade agua, formando una pasta moldeable que, al secarse, sufre un proceso denominado FRAGUADO, tras el cual, el material se endurece y se vuelve impermeable. Las principales propiedades del cemento son: 1. Buena resistencia al ataque químico. 2. Resistencia a temperaturas elevadas. Refractario. 3. Resistencia inicial elevada que disminuye con el tiempo. 4. Se ha de evitar el uso de armaduras. Con el tiempo aumenta la porosidad.

4.1. CEMENTO PROCESO DE OBTENCIÓN: Las materias primas para la producción de cemento son caliza y arcilla (tres partes de caliza por cada parte de arcilla). ETAPAS: 1 a 5: Preparación de las materias primas: trituración, homogeneización y molienda, para obtener granos de diámetro inferior a 0,1 mm. 6. Calcinación: la mezcla homogeneizada se cuece a temperaturas del orden de los 1450ºC en grandes hornos giratorios (150 m de longitud y 4 m de diámetro) 7, 8 y 9: El material calcinado (clínker), se muele añadiendo una pequeña cantidad de yeso, con lo que se obtiene el cemento en polvo listo para su comercialización. 39 39

4.1. CEMENTO HORNO DE CEMENTO: 40 40

4.2. PRODUCTOS DERIVADOS DEL CEMENTO Para mejorar las propiedades del cemento, se mezcla con otros elementos para formar materiales compuestos como el mortero, hormigón, hormigón armado y hormigón pretensado. MORTERO: Mezcla de cemento, arena en polvo y agua. Aplicaciones: unión de piedras o ladrillos, revestimientos de paredes (enlucidos) 41 41

4.2. PRODUCTOS DERIVADOS DEL CEMENTO HORMIGÓN: Mezcla de cemento, arena en polvo, agua y grava. Características: gran resistencia a la compresión, pero un peor comportamiento frente a otros tipos de esfuerzos (tracción, flexión, cortante, etc.) Aplicaciones: en obras de arquitectura e ingeniería, tales como edificios (cimientos y columnas), puentes, diques, puertos, canales, túneles, etc. 42 42

4.2. PRODUCTOS DERIVADOS DEL CEMENTO HORMIGÓN ARMADO: Resulta de introducir barras de acero en el interior de la masa de hormigón y dejar que fragüe en conjunto. De este modo se mejora considerablemente la resistencia a la tracción. Aplicaciones: 43 43

4.2. PRODUCTOS DERIVADOS DEL CEMENTO HORMIGÓN PRETENSADO: Se trata de un hormigón armado en el que las barras de acero se someten a un esfuerzo de tracción durante el fraguado. Se consigue de este modo una resistencia a la tracción aún mayor que en los hormigones armados. 44 44

UNIDAD 8: PLÁSTICOS, FIBRAS TEXTILES Y OTROS MATERIALES

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