-¿Qué es un material sintético?
-¿Qué es sintetizar materiales?
-¿A qué nos referimos cuándo hablamos industrial mente de materiales sintéticos?
-Hitos históricos que marcan la vida de los materiales sintéticos.
-Materias primas para la producción de materiales sintéticos.
Esta entrada será una introducción al mundo de los materiales sintéticos, pero ya os adelanto que después de esta toma de contacto tendréis una entrada más detallada.
¿Qué es un material sintético?
Los materiales sintéticos se producen en reactores nucleares o aceleradores de partículas:
-Reactores nucleares: mediante las radiaciones ionizantes es posible mejorar la producción
de materiales sintéticos, modificar polímeros y sintetizar nuevos compuestos
químicos. Por ejemplo, gracias a las radiaciones se pueden obtener revestimientos de cables
conductores con gran resistencia térmica, capaces de conservar sus propiedades
aislantes por largo tiempo y en condiciones extremas.
-Aceleradores de partículas: en la actualidad se
usan en varios países aceleradores lineales de electrones de hasta varios
megaelectronvoltios, empleándose principalmente para la irradiación de
películas poliméricas, aislantes de cables tubos y otros artículos. Los avances
registrados indican que el futuro de la industria química esta altamente ligado
con la energía del átomo
Los materiales sintéticos, en su mayoría son elaborados en
base derivados del petróleo.
·Propiedades físicas de los materiales sintéticos: (sus características depende de la interconexión de sus macromoléculas)
-Se derriten a altas temperaturas.
-Algunos al aplicar fuerzas sobre ellos no varían, mientras que otros cambian su forma y al dejar de aplicar esa fuerza recuperan su forma original.
·Clasificación de los materiales sintéticos:
Existen tres tipos diferentes de materiales sintéticos:
-Termoplásticos: son plásticos a elevadas temperaturas se vuelven deformables, se derriten cuándo se calientan en exceso y se endurece cuándo se enfría lo suficiente. Estos son algunos ejemplos:
-ABS ( acrilonitrilo-butadieno-estireno): Tiene buenas
propiedades en cuanto a rigidez, tenacidad, estabilidad dimensional ,
resistencia a los productos químicos y buena calidad de las superficies.Se usan
en calandras y rejillas, estructuras del salpicadero.
-ALPHA ( abs- policarbonato): Presenta buenas propiedades
mecánicas y térmicas es rígido resistente al impacto y con buena estabilidad
dimensional. Se utiliza en spoilers, cantoneras, rejillas.
-PA ( poliamida): También conocida como nailon, se fabrica
en varias densidades.Es tenaz, resistente al desgaste y a los disolventes
usuales.
-PC( policarbonato): Materiales rígidos y duros con una
excepcional resistencia al impacto.Son dimensionalmente estables, resistentes a
la intemperie y al calor.Es combustible pero de carácter autoextingible. Se
utiliza para revestimientos, paragolpes, interiores, pasos de ruedas, carenados
de moto.
-PE (polietileno): Es el polimero de mayor producción Es
resistente a los productos químicos y a las levadas temperaturas, tiene una
gran resistencia a la tracción y al impacto. Se utiliza para baterías,
paragolpes, revestimientos.
-PP ( polipropileno): Tiene idénticas aplicaciones que el PE
de alta densidad. Es buen aislante y muy resistente a la tracción y a la
abrasión.
-PP-EPDM ( etileno-propileno-dieno-monomero): Es elástico y
absorbe con facilidad los impactos, es resistente a la temperatura y de buenas
propiedades eléctricas. Se utiliza en paragolpes, revestimientos interiores y
exteriores.
-PVC 8cloruro de polivinilo): Resistente a la intemperie y a
la humedad, pero no a la temperatura, por lo que hay que añadirle diversos
estabilizantes. Se utiliza en cables eléctricos, pisos de autocares.
-Termoestables: son plásticos blandos y maleables cuándo se calientan, pero una vez endurecidos ya no vuelven a ablandarse. Poseen una mayor resistencia a los impactos, a ser diluidos, a la permeación de gases y a las temperaturas extremas que los termoplásticos.Estos son algunos ejemplos:
-GU-P ( resinas de poliester reforzadas con fibra de
vidrio): Son materiales rigidos, ligeros y de buenas propiedades mecanicas. Se
utiliza en portones, capos, carenados de motos.
-GFK (plasticos reforzados con fibra de vidrio): Presentan
una estructura formada por una resina termoendurecible y fibras de vidrio. SE
usan en paragolpes, salpicaderos.
-EP ( resina epoxi): Son materiales duros, resistentes a la
corrosión y a los agentes químicos no originan encogimiento. Se utiliza como
adhesivo para los metales y para la mayoría de las resinas sintéticas.
-Elastómeros: tienen la capacidad de recuperar la forma después de someterlos a tensión. Estos son algunos ejemplos:
-PU ( poliuretano) y PUR ( poliuretano rigido): Son la base
de diversos elastomeros. Resitentes a la abrasion y na notable resistencia al
desgarramiento. Se uso en cantoneras, revestimientos interiores, asientos.
·Reparación de los materiales en el vehículo:
Los métodos más utilizados son:
-Por combustión: Se realiza en cuatro fases.
-Muestra necesaria para realizar la identificación.
-Limpiar
el trozo extraído retirando la pintura,grasa.
-Prender el extremo con una llama limpia.
-Observar las características de la combustión y comprarla con una
tabla.
-Por el
test de soldadura:
-Quitar
la pintura y limpiar una zona de la parte interior del elemento a reparar.
-Seleccionar la tobera de acuerdo con la medida de la varilla.
-Ajustar la temperatura.
-Pasar
la varilla a través de la tobera y comenzar a soldar.
-Retirar el soldador, dejar enfriar y a continuación tirar de la
varilla.
-Si se
desprende es que el plástico no es igual, ni compatible.
-Por el
código de identificación:
-Permite el reconocimiento inmediato del material.
-Por la
documentación del vehículo:
-Desarrollada en microfichas.
·Métodos de reparación de materiales sintéticos:
·Métodos de reparación de materiales sintéticos:
-Soldadura: Consiste
en aplicar una fuente de calor hasta que los elementos a unir se encuentran en
un estado pastoso, momentos en el que el material de cada elemento se entrelaza
para formar la unión, la unión se refuerza añadiendo un material de aportación
de la misma composición o de uno compatible con ambos materiales.
-Acetona: Por medio de este sistema de reparación es posible
la unión de piezas pequeñas, la aplicación de acetona a las piezas que se
pretende unir provoca un estado pastoso en su superficie que se aprovecha para
que las piezas se adhieran, este método no es válido para polietileno y
polipropileno puesto que son disueltos por la acetona.
-Adhesivos: La reparación de elementos sintéticos de la
carrocería se utilizan generalmente adhesivos de poliuretanos o resinas epoxi,
podemos reparar tanto elementos defectuosos, que han perdido pequeñas
cantidades de material, como elementos con grietas o reparar pequeños elementos.
¿Qué es sintetizar materiales?
Proceso por el cual se logran compuestos químicos partiendo
de sustancias más simples. El objetivo principal es el desarrollo de métodos más
eficientes y económicos para lograr la síntesis de sustancias naturales ya
conocidas- También, gracias a esto podemos obtener productos que no existen de
forma natural como son los plásticos o adhesivos.
·Sintetización de materiales:
Los polímeros, materiales elásticos y plásticos han existido
en la naturaleza desde siempre y el hombre ha sabido cómo aprovecharlos, sin
embargo, a pesar de que los polímeros pueden ser encontrados en el medio
natural, el ser humano los prepara en el laboratorio también.
Una de las propiedades de los materiales elastómeros es la elasticidad,
por lo que pueden experimentar grandes deformaciones y recuperar después su forma primitiva.
En ausencia de esfuerzos los elastómeros son amorfos y están
compuestos de cadenas moleculares muy torsionadas, dobladas y plegadas. La
deformación elástica causada por la aplicación de un esfuerzo de tracción
origina enderezamiento, desplegado y alargamiento de las cadenas en la
dirección del esfuerzo de tracción. Tras eliminar el esfuerzo, las cadenas recuperan
la configuración original y las piezas macroscópicas vuelven a tener la forma
primitiva.
La fuerza impulsora de la deformación elástica es un
parámetro termodinámico llamado entropía, que mide el grado de desorden del sistema
La entropía aumenta al aumentar el desorden, al aplicar un esfuerzo a un elastómero
las cadenas se alargan y alinean, es decir, el sistema se ordena, a partir de
este estado. La entropía aumenta al volver las cadenas a su original
enmarañamiento.
Este efecto entrópico origina dos fenómenos, en primer lugar al
aplicar un esfuerzo al elastómero, este aumenta su temperatura, y en segundo
lugar el módulo de la elasticidad aumenta al incrementar la temperatura, este
es un comportamiento contrario al de otros materiales
¿A qué nos referimos cuándo hablamos industrialmente de materiales sintéticos?
Las propiedades de los polímeros y de los materiales que de
ellos se obtienen dependen de varios factores:
-Su estructura
química
-Su tamaño
-La dispersión de las masas moleculares de las macromoléculas
que forman el polímero
-El grado de entrecruzamiento de las cadenas
El desarrollo en la ciencia y tecnología de los polímeros ha
facilitado nuestras vidas y ha sido uno de los motores del desarrollo de la
ciencia de los materiales.
El poliuretano es un tipo de polímeros que nos permite
realizar multitud de elementos, desde una esponja hasta material para construir
grandes estructuras de ingeniería, pasando por material deportivo o aislantes
térmicos para viviendas. La alta versatilidad del poliuretano se debe a la diferente
estructura química que posee.
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| Aislante térmico de poliuretano |
La ropa puede estar fabricada por una mezcla de poliésteres
y poliamidas. Este último material supuso una revolución cuando comenzó su
comercialización en 1940, especialmente por el primer uso popular, las medias
de nylon. Pero también hay que recordar que fue un material fundamental que
ayudó a que los aliados ganasen la II Guerra Mundial. Con este material se
fabricaron los paracaídas usados en el desembarco de Normandía, y otros
equipamientos.
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| Camiseta de poliéster |
La familia de polímeros de nylon fue desarrollada en la
empresa DuPont con la dirección de Wallace Carothers (1896-1937) antes de
producir nylon.
La motivación para investigar la síntesis de poliamidas fue
la necesidad de tener un sustituto de la seda natural.
También son poliésteres los materiales con los que se
fabrican las botellas de plástico, cuyos derivados se están usando para
fabricar ropas inteligentes. Por otro lado, un tipo especial de poliamidas, las
derivadas de ácidos y aminas aromáticas, se usan para preparar materiales resistentes
con los que se hacen los chalecos antibalas o para protección en deportes de
riesgos y de contacto. Materiales relacionados son los policarbonatos, que se
usan para aplicaciones tan diversas como revestimientos en latas de conserva o
cubiertas para estadios deportivos.
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| Botellas de poliester |
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| Paraguas de poliester |
A lo largo de nuestra vida hacemos uso de elementos como
como las bolsas, vasos o platos de plástico, materiales para envasado de alimentos,
recubrimientos de sartenes o mobiliario, etc. Todos estos materiales están
construidos con poliolefinas, como el polietileno, el polipropileno, el
poliestireno o el tefflón, entre otros.
Otro tipo de polímero relacionado con las poliofefinas es el caucho. Estas sustancia esta formada por isopreno.
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| Extracción de caucho |
Estos polímeros se han usado desde la antigüedad. Sin
embargo, los polímeros naturales tienen algunas propiedades no deseables, como
que son demasiado deformables y quebradizos. Estas propiedades derivan de sus
características estructurales, pues son cadenas demasiado flexibles con alta
movilidad conformacional.
Estos inconvenientes se solventaron por métodos químicos,
realizando un entrecruzamiento de las cadenas de polisopreno. Este proceso,
denominado vulcanización o recauchutado, fue realizado por primera vez por
Charles Goodyear en 1839. La reacción de vulcanizatión original supuso el
tratamiento del caucho con azufre, en los que fragmentos de polisulfuro se
entrecruzaban entre las cadenas de poliisopreno
A partir de ese momento, se pudo pensar en numerosas
aplicaciones de este polímero; el más importante, sin duda, es en la
fabricación de neumáticos, que ha facilitado de manera increíble el transporte.
Otras aplicaciones de los polímeros son tan cotidianas como
absorber agua o pegar materiales.
Hitos históricos que marcan la vida de los materiales sintéticos
El desarrollo del
plástico surge, cuando se descubrió que las resinas naturales podían emplearse
para elaborar objetos de uso práctico. Algunos ejemplos de estas resinas son el
betún, la gutapercha, la goma laca y el ámbar.
En América se conocía otro material utilizado por sus
habitantes antes de la llegada de Colón, conocido como hule o caucho, el hule y
otras resinas presentaban algunos inconvenientes y, por lo tanto, su aplicación
resultaba limitada.
A principios del siglo, la primera resina sintética fue el
hule vulcanizado, obtenida por Charles Goodyear en 1839 al hacer reaccionar
azufre con la resina natural caliente. El producto obtenido resultó ser muy
resistente a los cambios de temperatura y a los esfuerzos mecánicos.
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| Charles Good Year |
A mediados del siglo XIX, el inventor inglés Alexander
Parkes obtuvo accidentalmente nitrocelulosa, mediante la reacción de la
celulosa con acido nítrico y sulfúrico, y la llamó "Parkesina". La
Parkesina es un material orgánico derivado de la celulosa que puede ser
moldeado en caliente y retiene su forma al enfriarse.
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| Alenxander Parkes |
Alrededor de 1860, en los Estados Unidos surgió el primer
plástico de importancia comercial gracias a un concurso para encontrar un
material que sustituyen al marfil en la fabricación de las bolas de billar. Casualmente
los hermanos Hyatt trabajaban con el algodón tratado con ácido nítrico, siendo
un producto muy peligroso que podía utilizarse como explosivo. Aprovechando la
idea de Parkes, sustituyeron el aceite de ricino por alcanfor y al producto
obtenido le llamaron "Celuloide". Dicho producto hizo posible la
producción de varios artículos como peines, bolas de billar y películas
fotográficas.
Otro plástico semisintético que tuvo buena aceptación
comercial fue el que desarrollaron Krische y Spitteler en 1897, debido a la
demanda de pizarrones blancos en las escuelas alemanas. Este material se
fabricó a base de caseína, una proteína extraída de la leche al hacerla
reaccionar con formaldehído.
En 1899 Leo H. Baeklan, descubrió una resina considerada
totalmente sintética, "la baquelita", la cual se obtienen mediante la
reacción del fenol con formaldehído.
El siglo XX puede considerarse como el inicio de "La
Era del Plástico", ya que en esta época la obtención y comercialización de
los plásticos sintéticos ha crecido sin parar.
En 1907 salió al mercado la resina fenólica
"Baquelita", mientras Staundinger trabajaba en la fabricación de
poliestireno y Otto Rhom enfocaba sus estudios al acrílico, que para 1930 ya se
producían industrialmente, por su parte el PVC, aunque había sido sintetizado
desde 1872 por Bauman, fue hasta 1920 cuando Waldo Semon, mezclándolo con otros
compuestos, obtuvo una masa parecida al caucho, iniciándose así la
comercialización del PVC en 1938.
Entre los años de 1930 y 1950, debido a la segunda Guerra
Mundial surge la necesidad de desarrollar nuevos materiales que cumplan con
mejores propiedades como mayor resistencia, menor costo y que sustituyeran a
otros que escaseaban. Fue entonces cuando surgieron plásticos como el nylon,
polietileno de baja densidad y el teflón.
Materias primas para la producción de materiales sintéticos
El plástico es considerado un material polimérico
orgánico que puede deformarse hasta conseguir la forma deseada por medio de
extrusión, moldeo o hilado. Las moléculas pueden ser de origen natural, por
ejemplo la celulosa, cera y el caucho (hule) natural o sintéticas, como el
polietileno y el nylon.
La fabricación de los plásticos y sus manufacturados
implica cuatro pasos básicos: obtención de las materias primas, síntesis del
polímero básico, obtención del polímero como un producto utilizable
industrialmente y moldeo o deformación del plástico hasta su forma definitiva.
·Materias primas:
En un principio, la mayoría de los plásticos se
fabricaban a partir de resinas de origen vegetal, aceites de semillas y
derivados del almidón o del carbón. La caseína de la leche era uno de los
materiales no vegetales utilizados. A pesar de que la producción del nylon se
basaba originalmente en el carbón, el aire y el agua, la mayoría de los
plásticos se elaboran hoy con derivados del petróleo.
Las materias primas derivadas del petróleo son baratas
y abundantes. No obstante, dado que las existencias mundiales de petróleo
tienen un límite, se están investigando otras fuentes de materias primas, como
la gasificación del carbón.
·Síntesis del polímero:
El primer paso en la fabricación de un plástico es la
polimerización.
Los dos métodos básicos de polimerización son las
reacciones de condensación y las de adición. Estos métodos pueden llevarse a
cabo de varias maneras.
En la polimerización en masa se polimeriza sólo el
monómero, por lo general en una fase gaseosa o líquida (algunas polimeraciones
se realizan también en sólido).
Mediante la polimerización en disolución se forma una
emulsión que se coagula seguidamente.
En la
polimerización por interfase los monómeros se disuelven en dos líquidos
inmiscibles y la polimerización tiene lugar en la interfase entre los dos
líquidos.
·Aditivos:
Con frecuencia se utilizan aditivos químicos para
conseguir una propiedad determinada. Por ejemplo, los antioxidantes protegen el
polímero de degradaciones químicas causadas por el oxígeno o el ozono.
De una forma parecida, los estabilizadores lo protegen
de la intemperie.
Los plastificantes producen un polímero más flexible,
los lubricantes reducen la fricción y los pigmentos colorean los plásticos.
Algunas sustancias ignífugas y antiestáticas se
utilizan también como aditivos.
Muchos plásticos se fabrican en forma de material
compuesto, lo que implica la adición de algún material de refuerzo (normalmente
fibras de vidrio o de carbono) a la matriz de la resina plástica.
Los materiales compuestos tienen la resistencia y la
estabilidad de los metales, pero por lo general son más ligeros.
Las espumas plásticas, compuestas de plástico y gas,
proporcionan una masa de gran tamaño pero muy ligera.
·Forma y acabado:
Las técnicas
empleadas para conseguir la forma final y el acabado de los plásticos dependen
de tres factores:
-Tiempo.
-Temperatura.
-Deformación
Una de las
operaciones más comunes es la extrusión. Una máquina de extrusión consiste en
un aparato que bombea el plástico a través de un molde con la forma deseada. La
máquina de extrusión también realiza otras operaciones, como moldeo por soplado
o moldeo por inyección.
Otros
procesos utilizados son el moldeo por compresión, en el que la presión fuerza
al plástico a adoptar una forma concreta, y el moldeo por transferencia, en el
que un pistón introduce el plástico fundido a presión en un molde.
El calandrado
es otra técnica mediante la que se forman láminas de plástico. Algunos
plásticos, y en particular los que tienen una elevada resistencia a la
temperatura, requieren procesos de fabricación especiales.
``Bueno amigos hasta aquí por hoy. Espero como siempre serviros de ayuda y que sigáis recuyendo a este blog para solucionar vuestras dudas. un saludo y hasta la próxima entrada´´
