Los plásticos y materiales textiles

Esquema del tema:

1. Introducción y aproximación histórica

2. Estructura de los plásticos

3. Propiedades

4. Clasificación de los plásticos y ejemplos

5. Técnicas de conformación

6. Técnicas de fabricación

7. Plásticos y medio ambiente

8. Materiales textiles

9. Impresión 3D

1. Introducción y aproximación histórica

Los plásticos están presentes en los envases y embalajes, en nuestros medios de transporte, en medicina, en nuestros equipos informáticos, en la ropa... En resumen los plásticos forman parte de nuestra vida diaria.

Detalles históricos

● El término plástico viene del griego de la palabra “plastikos”, que significa que se puede moldear, dar forma. Plástico es lo contrario de elástico.

● La revolución industrial del siglo XIX crea la demanda de materiales que se puedan moldear fácilmente.

● A mitad del siglo XIX el elefante africano estaba en peligro de instinción, ya que sus colmillos se utilizaban para fabricar bolas de billar, por lo que se buscaba fabricar marfil artificial.

● Alexander Parkes descubrió en 1862 la parkesina, cuyo componente principal era la celulosa.

● John Hyatt continuó el trabajo de Parks y desarrolló el celuloide, que tuvo un éxito espectacular y dió lugar a industrias como la del cine, pero su problema era que al tener ácido nítrico era un material altamente inflamable que al chocar las bolas de billar a menudo explotaban.

● Leo baekeland estudió la reacción fenol formaldehído y desarrolló la bakelita, que es considerado el primer plástico sintético, no tenía analogía en la naturaleza y no era inflamable.

● Las fibras artificiales llegaron en 1939 con la aparición de un nuevo polímero la poliamida (nylon) que permitió la fabricación de medias resistentes que sustituyeron a las de seda natural. Al comienzo de la segunda guerra mundial se tuvo que parar la fabricación de medias para utilizar el nylon en la producción de paracaídas.

● En la segunda guerra mundial, la aviación británica ganó la batalla del aire a los alemanes gracias a la utilización del polietileno que permitió aislar los radades que trabajaban con alto voltaje con un material muy ligero y poder subirlo así a los aviones y darles considerable ventaja en ambientes de niebla o nocturnos.

2. Estructura

Los plásticos están formados por largas cadenas de átomos cuyo elemento principal generalmente es el carbono que se denominan polímeros y que se forman a partir de moléculas más pequeñas conocidas como monómeros. En las imágenes inferiores tenemos como a partir de los monómeros Etileno y Cloruro de Vinilo se forman respectivamente los plásticos Polietileno y Policloruro de Vinilo.

● En el proceso de polimerización se añaden materiales como fibra de vidrio, fibras téxtiles, papel, sílice, polvo mineral, serrín que se denominan cargas que buscan reducir los costes de producción y potenciar algunas propiedades del compuesto inicial.

● Posteriormente se incorporan aditivos que lo que buscan es aumentar la flexibilidad y resistencia del polímero o pigmentos para darle un color determinado.

● Las reacciones de polimerización se puede producir por adición o por condensación.

3. Propiedades

Hay características como la elasticidad, la rígidez y la flexibilidad que son específicas de determinados plásticos pero como características generales de los plásticos podemos citar:

● Resistentes, soportan los esfuerzos de tracción, compresión, flexión y torsión.

● Aislantes térmicos, eléctricos y acústicos.● Dúctiles y maleables, ya que se pueden extender en forma de

hilos y láminas respectivamente.● Ligeros.● Impermeables.● Reciclables, tenemos tres tipos de reciclaje:

● Reciclado mecánico: Consiste en separar los plásticos, lavarlos y triturarlos, hasta que se convierten en trozos pequeños que podemos moldear para fabricar nuevos productos.

● Reciclado químico: Mediante un proceso químico busca la degradación del plástico para recuperar nuevamente las moléculas simples.

● Reciclado energético: Con la incineración obtenemos calor que se puede utilizar en procesos industriales o para producir electricidad.

Reciclaje mecánico

Reciclaje químico

Reciclaje energético

4. Clasificación de los plásticos y ejemplos

Los plásticos los podemos clasificar por su origen en:

● Naturales: Se obtienen de materias primas vegetales como la celulosa o el látex o animales como la caseína que es una proteína de la leche de vaca.

● Sintéticos: Son la mayoría, se fabrican a partir de compuestos derivados del petróleo, el gas natural o el carbón.

Si atendemos a su estructura los plásticos se clasifican en:

● Termoplásticos

● Termoestables

● Elastómeros

Plásticos termoplásticos:

Plásticos termoestables:

Plásticos elastómeros:

Pincha en la imagen para hacer el ejercicio de identificación de plásticos del aula virtual:

5. Técnicas de conformación● Los materiales plásticos se obtienen industrialmente en forma de polvo,

gránulos o resinas (líquidos viscosos). ● Estos materiales son sometidos a procesos de conformación para

fabricar piezas industriales. ● Las técnicas más comunes son la extrusión, el calandrado y el moldeo

por soplado, por inyección, por compresión o al vacío.

5.1 Extrusión● El material termoplástico se introduce en forma de gránulos, por la

tolva de alimentación de la extrusora y llega a un cilindro que ha sido calentado.

● El cilindro tiene un tornillo o husillo de grandes dimensiones que desplaza el material fundido, haciéndolo pasar por una boquilla de salida que es la que da la forma al objeto final.

● El objeto ya conformado, se enfría lentamente y termina de solidificarse en un baño de refrigeración.

● Aplicaciones: perfiles para la construcción, aislantes de cables eléctricos y tuberías.

Extrusión

5.2 Calandrado● El material termoplástico se hace pasar entre unos rodillos

giratorios para conseguir láminas. ● El espesor de la lámina obtenida dependerá de la separación de

los rodillos y de su velocidad de giro.● Podemos conseguir diferentes tipos de acabado (brillante,

mate,...)dependiendo del recubrimiento del último rodillo.● El proceso puede acabar en una zona de bobinado o de corte.● Aplicaciones: Recubrimiento de muebles de cocina.

5.3 Moldeo por inyección● Los gránulos de plástico son introducidos en la tolva.● El material termoplástico se calienta, mientras es arrastrado por

el tornillo sin fin y se inyecta en el molde.● Cuando el material se ha enfriado y solidificado, el molde se abre

y se extrae la pieza.● Aplicaciones: Cubos, recipientes, piezas de lego, componentes

para coches, aviones y naves espaciales.

5.4 Moldeo por soplado● El material termoplástico caliente procedente de la extrusora en

forma de tubo se introduce en un molde hueco que tiene las dimensiones de la pieza que queremos fabricar.

● Cerramos el molde e inyectamos aire comprimido en el tubo para que el material se adapte a las paredes del molde y coja su forma.

● Una vez enfriado, se abre el molde y obtenemos la pieza.● Aplicaciones: objetos huecos como botellas y balones.

5.5 Moldeo por compresión● Es el proceso con el que se suelen trabajar los plásticos

termoestables. ● El material en forma de gránulos se introduce en el molde

hembra (parte inferior), se comprime con el contramolde macho y con un sistema de calentamiento se ablanda el material.

● El plástico coge la forma del hueco interno de ambos moldes.● El molde se refrigera y se extrae la pieza.● Aplicaciones: Defensa de los coches, carcasas de

electrodomésticos.

5.6 Moldeo por vacío● El material termoplástico se sujeta a un molde.● La lámina se calienta para ablandarla.● Se succiona el aire bajo la lámina, haciendo vacío, para que el

material se adapte a las paredes del molde y tome su forma. ● Una vez que se enfríe se abre el molde para extraer la pieza.● Aplicaciones: Cubiteras de hielo, hueveras.

Pincha en la imagen y señala que proceso de conformación de plásticos se ha utilizado para fabricar los siguientes objetos:

Pincha en la imagen para ver un vídeo sobre los procesos de conformación de plásticos.

6. Técnicas de fabricación

● Comentamos de forma divulgativa, siguiendo el libro virtual de la editorial Edebé de edixgal las diferentes técnicas de trabajo con los plásticos: Medida y trazado – sujeción – plegado y doblado – corte - taladrado o perforado – Unión – Acabado.

Pincha en la imagen para ver la información:

7. Plásticos y medio ambiente

● Los plásticos, una vez utilizados, pasan a formar parte de los residuos sólidos urbanos. Éstos deben ser tratados adecuadamente para evitar su impacto ambiental. Su destino final puede ser el depósito en vertederos, la incineración controlada (reciclaje energético) o el reciclaje.

● Depósito en vertederos:Es la peor de las opciones, ya que, aunque los plásticos son materiales inertes y no liberan ningún producto nocivo, se mantienen inalterados durante miles de años, alteran el paisaje y crean capas impermeables que perjudican el suelo.

Incineración controlada:El elevado poder calorífico de los plásticos los hace especialmente aptos para obtener energía térmica y posteriormente eléctrica en plantas incineradoras utilizando los residuos sólidos urbanos como combustible. Disponen de filtros en las chimeneas para evitar la emisión de gases nocivos.

Reciclaje:Es la mejor opción, pero sólo puede aplicarse a los plásticos termoplásticos, ya que los termoestables no pueden volver a fundirse sin degradarse. El reciclaje suele llevarse a cabo a partir de los residuos sólidos urbanos, aunque también se pueden aprovechar los residuos de producción de las industrias. Los plásticos obtenidos por este procedimiento se emplean para fabricar objetos que no requieran grandes exigencias mecánicas, como bolsas de basura, macetas, bidones, postes o tuberías.

8. Materiales textiles

● Los materiales textiles tienen forma de hilos para elaborar los tejidos. Según la procedencia de las fibras que los forman pueden ser naturales o sintéticos.

● Fibras naturales: Se obtienen de materias primas animales, vegetales o minerales. Las fibras se limpian, se desenredan, se estiran, se tiñen y se trenzan para formar hilos de diferente longitud y grosor, que se entrecruzan para formar los tejidos.

● Fibras naturales de origen animal: Lana: Procede del pelo de las ovejas, puede tener colores naturales distintos pero se tiñe fácilmente. Es elástica.Seda: Es segregada en forma líquida por unas orugas y se solidifica en contacto con el aire formando unos hilos muy finos. Tiene alta resistencia y elasticidad. (El cuero no se obtiene a partir de fibras, sino a partir de la piel de algunos animales a los que se le somete al proceso del curtido, en el que se arranca completamente la carne del animal)

● Fibras naturales de origen vegetal: Algodón: Procede del fruto de una planta. Su color natural es el blanco aunque se puede teñir con facilidad. Es elástico y flexible.Lino: Se obtiene del tallo de la planta de lino. Su color natural es blanco o tostado. Esparto: Se extrae de la hoja de una planta. Es muy duro y resistente. Bambú: Se obtiene de la caña de bambú. Transpira muy bien gracias a su microestructura porosa.

● Fibras naturales de origen mineral: Metales como el oro, la plata o el cobre se utilizan en forma de hilos para fabricar trajes regionales, de luces o relacionados con el culto religioso.

● Fibras sintéticas: Son materiales plásticos como el nailon, el poliéster, el rayón o la licra. Tienen una gran resistencia e impermeabilidad. Normalmente hoy en día en la fabricación de fibras se emplea una mezcla de fibras naturales y sintéticas.