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PROFESOR: CSAR AUGUSTO LECAROS
GUTIERREZ
SECCIN:
IN62
Cspedes, Junior
Espinoza, Patricia.
Heredia, Katherine.
Pacherre, Martn.
Rios, Patricia.
Taboada, Renzo.
CIENCIA Y TECNOLOGA DE LOS
MATERIALES (IN-175)
Trabajo Final
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1
Contenido
INTRODUCCIN .............................................................................................................................. 2
OBJETIVO PRINCIPAL: .................................................................................................................. 3
OBJETIVOS ESPECFICOS:.......................................................................................................... 3
PREGUNTAS A DESARROLLAR .................................................................................................. 4
DESARROLLO: ................................................................................................................................. 4
1. Autos Blindados: ................................................................................................... 4
1.1. Tipos de armadura ................................................................................................ 4
1.2. Niveles de blindaje ................................................................................................ 5
1.3. Proceso de fabricacin: ........................................................................................ 6
1.4. Materiales a utilizar en los blindajes de carros: ............................................... 8
2. Polmeros: ............................................................................................................ 14
2.1. De acuerdo a su origen: Naturales y sintticos ...................................... 14
2.2. De acuerdo al tipo de monmeros: Homopolmeros y copolmeros ... 19
2.3. De acuerdo al comportamiento frente al calor: Termoplsticos, termoestables y elastmeros. .................................................................... 21
3. Vidrios y cermicos ............................................................................................. 29
3.1. Vidrios ............................................................................................................ 29
3.2. Tipos de vidrios ............................................................................................ 31
3.3. Propiedades: ................................................................................................. 40
3.4. Estructura ...................................................................................................... 43
3.5. Aplicaciones .................................................................................................. 44
3.6. Cermicos ..................................................................................................... 45
3.7. Estructura de los cermicos: ...................................................................... 45
3.8. Clasificacin de los cermicos: ................................................................. 46
3.9. Propiedades: ................................................................................................. 47
3.10. Aplicaciones o usos de los cermicos: ..................................................... 50
CONCLUSIONES GENERALES.................................................................................................. 52
BIBLIOGRAFA ............................................................................................................................... 53
ANEXO 1 .......................................................................................................................................... 55
ANEXO 2 .......................................................................................................................................... 57
ANEXO 3 .......................................................................................................................................... 57
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2
INTRODUCCIN Hoy en da los carros blindados son el transporte indicado para cuando se quiere
transportar de un lugar a otro, artculos de valor, dinero o personas con riesgo. Los
carros blindados que se utilicen para este propsito necesitan tener el cuerpo del
auto reforzado con acero y ventanas a prueba de balas. Por ejemplo en el caso de
los grandes casinos que tienen que mover millones de dlares en efectivo
diariamente al banco, se utiliza un servicio de transporte que maneje vehculos
blindados y personal capacitado para responder a cualquier intento de
robo. Tambin en el caso de tiendas que cuentan con muchas sucursales, el
servicio de blindados recoge el efectivo de las diferentes tiendas y lo lleva al banco
del cliente. Desarrollaremos el tema de los carros blindados, los materiales
necesarios para la fabricacin y la forma en la que deben ser utilizados para lograr
las propiedades deseadas.
Tambin se desarrollar el tema de los polmeros y sus distintas clasificaciones.
Diversos materiales han acompaado al hombre a lo largo de la historia, desde
rocas y madera, en el comienzo de la evolucin humana, pasando por los materiales
cermicos y metales, hasta llegar a lo que hoy en da puede ser considerada la era
de los polmeros. Muchos materiales polimricos han sustituido a algunos otros
como madera y metales, entre otros. Los polmeros ya forman parte de nuestra vida
diaria como por ejemplo: utensilios de cocina, prendas de vestir, celulares,
computadoras, etc. A pesar de que las aplicaciones comerciales de estos materiales
estn al alcance de todos, hay algunos usos con los que ya no tenemos tanta
familiaridad.
Por ltimo, se desarrolla tambin el amplio mundo de los cermicos y vidrios, en el
cual, por su amplia variedad de usos en la industria alrededor del mundo vemos
cmo la inversin en el desarrollo de la tecnologa de estos productos van
obteniendo resultados, como por ejemplo con la llegada de los vidrios inteligentes.
Por ejemplo se tienen el Planilum, una nueva perspectiva en iluminacin gracias a
un sistema de paneles de vidrio que emiten luz suavemente difuminada para crear
un efecto puro y sensual, o el E-GLAS, el cual brinda calidez y diseo con este vidrio
que incorpora un sistema de calefaccin invisible tanto para interior como para
cubiertas y otras estructuras exteriores de vidrio.
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3
OBJETIVO PRINCIPAL:
Ser capaces de explicar y desarollar temas relacionados con el curso
de Ciencia y Tecnologa de los Materiales, con ayuda de materiales de
apoyo tanto virtuales como fsicos.
OBJETIVOS ESPECFICOS:
Desarrollar las materias primas que intervienen en el proceso de
fabricacin de autos blindados. As como explicar el proceso del
blindaje.
Explicar el tema de los polmeros, tanto desde su estructura hasta sus
usos o aplicaciones en industrias o la vida diaria.
Da cuerdo al tema de los vidrios, explicar el proceso de obtencin del
mismo. Igualmente con los cermicos, desde estructura hasta
aplicaciones.
Poder dar recomendaciones y/o conclusiones acerca de estos temas,
relacionarlos con el medio ambiente tanto en sus usos como en
beneficios.
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4
PREGUNTAS A DESARROLLAR
1. Explique y desarrollo el tema de los carros blindados. No solo explicar cmo
es el blindaje, sino desarrollo los materiales usados para este fin.
2. Explique y desarrolle el tema de la clasificacin de los Polmeros, los tipos de
materiales existentes, sus propiedades, estructura y aplicaciones.
3. Explique y desarrolle el tema de la clasificacin de los cermicos, tipos de
cermicos y vidrios, sus propiedades, estructura y aplicaciones
DESARROLLO:
1. Autos Blindados:
Qu es blindaje?
El blindaje para carros es una forma de proteger un vehculo para situaciones
extremas en las cuales estn en peligro sus tripulantes, estas situaciones pueden
comprender atentados, tiroteos, robos. Estas son medidas tomadas para
minimizar el acceso al interior del vehculo de personas o de cualquier tipo de
armas que atenten contra las personas que estn en su interior.
1.1. Tipos de armadura
Existen dos tipos de armadura que se utilizan en el proceso de blindaje:
transparentes y opacos.
1.1.1. Armadura transparente
Se utiliza para las ventanas y se compone de capas densas de vidrio balstico
(cristal) que tiene la calidad ptica ms alta disponible en el mercado con cero
grado de oblicuidad sin Spall, el cual es de policarbonato resistente. Lo grueso
vara entre 18 mm y 72 mm.
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5
1.1.2. Blindaje opaco
Consiste en la armadura de compuestos ligeros (Escudo de Spectra), acero
balstico de alto endurecido y otros materiales balsticos especializados.
1.2. Niveles de blindaje
1.2.1. Blindaje nivel RB II
Resistencia Balstica: Armas Calibre 38; 45; 9 mm y 357 Magnum.
Espesor de los vidrios: 18mm.
Composicin del blindaje: Aramida.
Peso Extra: 90 110 Kg.
Desempeo y estabilidad: Sin alteracin, indicado para vehculos de
pequeo porte.
1.2.2. Blindaje nivel RB III
Resistencia Balstica: Armas Calibre 38; 45; 9 mm y 44; 357 Magnum.
Espesor de los vidrios: 21mm.
Composicin del blindaje: Aramida y acero balstico.
Peso Extra: 110 125 Kg.
Desempeo y estabilidad: Sin alteracin, indicado para vehculos de medio
porte.
1.2.3. Blindaje Nivel RB IV
Resistencia Balstica: Fusil 5,56x45 y 7,62x39.
Espesor de los vidrios: 33mm.
Composicin del blindaje: Acero, aluminio y Dyneema
Peso Extra: 200 450 Kg.
Desempeo y estabilidad: Sin alteracin, en este tipo de blindaje se refuerza
la suspensin. Indicado para vehculos de gran porte.
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1.2.4. Blindaje nivel RB V
Resistencia Balstica: Fusil 7,62x51 Nato.
Espesor de los vidrios: 41,50mm.
Composicin del blindaje: Aceros especiales, aluminio, Dyneema,
Aramida y cermicas
Peso Extra: 500 300 Kg.
Desempeo y estabilidad: Sin alteracin, en este tipo de blindaje se refuerza
la suspensin. Indicado para vehculos de gran porte
1.3. Proceso de fabricacin:
PRIMER PASO: Desarmar y comenzar construccin:
1. Retirar los frenos, suspensin, neumticos, tanque de combustible y
ventanillas.
Este proceso toma aproximadamente 7 horas.
2. Filmar carcasa del vehculo desde todos los ngulos con una
cmara tridimensional.
3. Marcar cada protuberancia, depresin y ondulacin existente.
4. Crear una imagen computarizada del auto, la cual permitir ver dnde colocar
cada cosa en la coraza blindada.
5. Emplear una mquina que sigue el patrn diseado en la computadora y
permite cortar placas de acero de 1cm de grosor para crear una coraza interna
de acuerdo a las especificaciones.
6. Las placas de metal recin cortadas se encajan entre s y se sueldan al
vehculo.
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Segundo Paso: Reemplazar Las Ventanillas
7. Armar la lmina de cristal con temperatura controlada libre de polvo para
evitar imperfecciones que debiliten el cristal.
8. Colocar capas de cristal y policarbonato una sobre otra. A mayor grosor de la
pila, ms resistente sern las ventanillas.
9. Verificar que las ventanillas cumplan con el propsito de proteccin.
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8
Tercer Paso: Instalar Superseguridades
10. Instalar un aro de plstico de 7.6 centmetros de grosor alrededor de la llanta
original de metal dentro del neumtico. Estos soportan el peso del auto de tal
manera que se pueda huir aun cuando los neumticos hayan sido destruidos.
11. Fabricar tanques de combustible nuevos con acero balstico y una cobertura
de espuma para prevenir posibles explosiones.
12. Fabricar e instalar una segunda puerta interna de metal e instalarla en la
cajuela.
13. Instalar un bloqueador de granadas de mano en el extremo del tubo de
escape
1.4. Materiales a utilizar en los blindajes de carros:
Existen dos tipos de materiales balsticos. Son materiales balsticos opacos y
materiales balsticos transparentes. Sus aplicaciones son dentro de la
industria automotriz, militar, aeronutica y de seguridad personal.
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1.4.1. Materiales Balsticos Opacos
1.4.2. Materiales Balsticos Transparentes
1.4.3. Vidrio a Prueba de Balas de Primera Calidad (Blindaje Transparente)
TAC incorpora ofertas de alta calidad como el vidrio ligero de
policarbonato, el cual es revestido de verdadera proteccin para soportar
mltiples-golpes (pesa aproximadamente un 10-15% menos que el vidrio
blindado tradicional). Todos los de vidrios son de 100% curva, pero el vidrio
plano no est incorporado. Todo el vidrio incluye una capa interior de primera
calidad duro Spall para evitar que fragmentos / fragmentos de penetrar en el
habitculo en caso de un ataque. Todo el vidrio es cosido, filo y terminado de
usar un proceso de calidad propio que proporciona UV sin precedentes y
resistencia a la exfoliacin. Todo el vidrio ofrece una excelente proteccin
balstica y la calidad ptica superior con distorsin mnima.
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1.4.4. Compuesto Ligero de Blindaje (Escudo de Spectra)
Escudo de Spectra es una prima, que ofrece proteccin de polietileno ligero
compuesta armadura superior que cumple o excede los estndares NIJ y
CEN balsticos, mientras que la adicin de entre 750-1500 libras menos de
peso que un paquete de blindaje de todos los tradicionales paquetes de
acero. Escudo de Spectra, resistente al agua, y es 10 veces ms fuerte que
el acero tradicional. En resumen, slo se incorpora la armadura mejor, y la
armadura ms ligera de peso en el mercado.
1.4.5. Acero Balstico Endurecido (Armadura Opaca)
Mientras la industria incorpora la armadura ms ligera de acero posible, los
balsticos de alto endurecido siguen siendo aplicables en zonas
determinadas del vehculo donde el Escudo de Spectra y otras fibras de
aramida ligera no se pueden utilizar para hacer las especificaciones de
espesor o de ingeniera. Todo el acero incorporado al proceso de blindaje
es elaborado con una composicin qumica especial que garantiza la
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integridad balstica y maximiza la dureza Brinell. Adems, todas las
armaduras son instaladas usando un mediante proceso patentado por
debajo de la piel interior del vehculo para proporcionar un acabado OEM
interior y cobertura de la proteccin superior.
1.4.6. Balsticos de Nylon (Armadura Opaca)
El nylon balstico es una tela sinttica gruesa y resistente utilizada para una
variedad de aplicaciones. El nylon balstico fue desarrollado originalmente
como un material para chalecos antibalas, y desde entonces ha sido re-
ingenierado para ofrecer explosin superior, la fragmentacin, y la proteccin
de rebote en los vehculos blindados.
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1.4.7. Kevlar y las fibras de aramida (Armadura Opaca)
Se utilizan slo las fibras de aramida Kevlar con ms alta calidad y
resistencia al agua. Estas fibras ofrecen explosin superior, la
fragmentacin, explosivos y las armas pequeas proteccin balstica.
Todos los materiales son examinados en un laboratorio independiente y son
fabricados a medida segn las especificaciones de TAC.
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1.4.8. Lexan (Armadura Transparente)
Lexan es una armadura de policarbonato transparente que se utiliza
normalmente en aplicaciones planas y sigue ofreciendo una buena
transmisin de luz. Lexan ofrece claridad ptica excelente, con una
combinacin nica de propiedades, lo que puede hacer un excelente
candidato para la seguridad y la seguridad acristalamiento para adapta rse a
una amplia gama de aplicaciones de seguridad. Se encuentra disponible en
claro o tintado de color bronce, Lexan se puede utilizar en aplicaciones donde
el vidrio a prueba de balas prima no es una opcin viable.
1.4.9. Balsticos con Fibra de Vidrio (Armadura Opaca)
Vidrio de Fibra Balstico no es normalmente utilizado como material de
blindaje, pero puede ser viable para ciertas aplicaciones donde el Escudo de
Spectra, acero y fibras de aramida no sean adecuados.
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1.4.10. Runflat (Armadura en la Rueda / Neumtico)
La rueda es un dispositivo ligero de polmero reforzado diseado para
proporcionar la movilidad cuando se utiliza con los neumticos. El runflat se
compone de dos o tres secciones que ofrece un conjunto de cojinetes fuerte.
Un compuesto material especial resulta en la formulacin de reduccin de la
friccin y la acumulacin de calor dentro de un neumtico plano. El material
es resistente a ataques balsticos y peligros graves en carretera.
El FCI se monta fcilmente dentro de un neumtico sin cmara de aire de
serie en el tradicional "centro de la cada de estilo" de la rueda usando las
herramientas normales de montaje de neumticos. Cada IRC es a la
medida para satisfacer los criterio s de carga especfica de calificacin y los
requisitos de distancia de la solicitud. TAC runflats CRF se especifican en el
gobierno y numerosos vehculos de seguridad en el plano de movilidad
2. Polmeros:
Los polmeros son una estructura compleja formada por la repeticin de una
unidad molecular llamada monmero. Estos pueden clasificarse de diferentes
maneras, y a su vez, esas clasificaciones, pueden subdividirse en otras.
2.1. De acuerdo a su origen: Naturales y sintticos
2.1.1. Naturales
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Los polmeros naturales son todos aquellos que provienen de los seres vivos,
y por lo tanto, dentro de la naturaleza podemos encontrar una gran diversidad
de ellos. Son los denominados biopolmeros, tales como las protenas, los
polisacridos y los cidos nucleicos. Adems, estn la seda, el caucho, el
algodn, la madera (celulosa), la quitina, etc.
Ahora, brevemente, se explicarn algunos polmeros naturales:
a) Caucho natural. El caucho natural es un polmero elstico y
semislido, que posee la siguiente estructura:
El monmero del caucho natural es el isopreno (2-metil-1,3-butadieno),
que es un lquido voltil. Surge como una emulsin lechosa (conocida
como ltex) en la savia de varias plantas, Para la produccin del caucho
se puede emplear diferentes tipos de moldeo (Ver anexo 1)
En cuanto a las propiedades del caucho estas son: excelentes
elsticos, resistentes ante los cidos y las sustancias alcalinas. As como
es repelente al agua, aislante de la temperatura y de la electricidad. Se
disuelve con facilidad ante petrolatos, bencenos y algunos
hidrocarburos.
Las aplicaciones, actualmente es utilizado para la fabricacin de
neumticos, llantas1, artculos impermeables y aislantes. As como
prendas de vestir. El caucho es una propuesta para el futuro como
aislante en la industria motora.
1 En 1839 Charles Goodyear, mejor enormemente la durabilidad y la utilidad del caucho para
producir llantas de mejor calidad.
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b) Protenas. Las protenas, formadas por uniones entre aminocidos2
tienen una funcin capital en los seres vivos, ya que participan en
distintas funciones biolgicas. Todas las protenas contienen los
elementos carbono, hidrgeno, oxgeno y nitrgeno, y casi todas ellas
contienen azufre.
Las protenas estn formadas por cerca de 20 aminocidos diferentes
por lo cual son considerados copolmeros. Posee la siguiente
estructura:
Propiedades, son slidos cristalinos no voltiles, que funden con
descomposicin a temperatura alta, son insolubles en solventes no
polares pero son solubles en agua, las soluciones acuosas se
comportan como soluciones de sustancias de elevado momento
dipolar.
Aplicaciones o usos, las protenas son muy importantes en la biologa
ya que son las sustancias de vida, se les encuentra en la clula viva y
sobre todo son materia principal de la piel, msculos, tendones, nervios
sangre y enzimas.
c) cidos nucleicos. Los cidos nucleicos pueden ser considerados, tal
vez, los biopolmeros ms importantes ya que son los portadores de la
informacin gentica heredada entre generaciones. Existen bases
principales de los cidos nucleicos a continuacin se mencionan junto a
sus estructuras:
2 Aminocidos son los monmeros de la protena.
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Los cidos nucleicos ms comunes son: cido desoxirribonucleico (
ADN) y cido ribunocleico (ARN), cuyas propiedades Aportan la
informacin gentica para el desarrollo de las caractersticas biolgicas
del individuo y traduce la informacin gentica, respectivamente. (Para
comprar mejor srvase a ver anexo 2)
En cuanto a aplicaciones ambos cidos estn presentes en
toda clula viva, como tambin las clulas bacterianas que no
contienen ncleos y en los virus que no tienen clulas.
2.1.2. Sintticos
Los polmeros sintticos son los que se obtienen por sntesis, ya sea en una
industria o en un laboratorio, y estn conformados a base de monmeros
naturales.
Estructura, Un polmero est constituido por molculas (unidad fundamental
con que se forma un compuesto qumico), denominadas monmeros,
frecuentemente unidas unas a otras formando una cadena lineal. Por ejemplo
del polmero sinttico es el polietileno el cual es un plstico:
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Propiedades, Poseen baja densidad, tenacidad a adecuada, buen acabado
superficial, durabilidad y sobre todo porque poseen una lenta degradacin la
cual perjudica al medio ambiente.
Aplicacin, Los polmeros sintticos son usados en forma masiva en la
manufactura de: embalajes para productos alimenticios, frmacos y qumicos,
electrodomsticos, herramientas, utensilios domsticos, juguetes,
componentes automotrices; lo forman parte de una lista muy larga de
aplicaciones.
El vidrio, la porcelana, el nailon, el rayn, los adhesivos son ejemplos de
polmeros sintticos. Algunos polmeros sintticos desarrollados:
a) Nailon 6.63: Altamente resistentes y elsticas. Tienen la ventaja de
que no se descomponen si bien suelen deformarse con el calor. Se
utilizan para fabricar ropa deportiva, fundamentalmente.
b) Tergal: Son de las fibras sintticas ms econmicas y ampliamente
usadas para confeccionar ropa de vestir y deportiva. Pueden
combinarse con otro tipo de fibras.
3 Su nombre de 6.6 se debe a que su estructura est formada por una doble cadena de 6 de carbono cada una.
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c) Dorlastan: Son fibras de gran elasticidad, empleadas para
confeccionar trajes de bao, y ropa deportiva.
d) Polibutadieno: Un elastmero sinttico, se fabrica a partir del
monmero butadieno, que no posee un metil en el carbono nmero
dos, siendo esta la diferencia con el isopreno. El polibutadieno tiene
regular resistencia a la tensin y muy poca frente a la gasolina y a
los aceites. Estas propiedades limitan las posibilidades de fabricar
con ellos los neumticos.
2.2. De acuerdo al tipo de monmeros: Homopolmeros y copolmeros
2.2.1. Homopolmeros
Los homopolmeros son macromolculas que estn formadas por monmeros
idnticos. Dentro de este grupo de polmeros, se distinguen cinco familias
principales: las Poliolefinas, los Poliestirnicos, los insaturados (polienos), los
polivinilos y los poliacrlicos. La celulosa y el caucho son homopolmeros
naturales, mientras que el PVC y el polietileno son sintticos. Posee la
siguiente estructura al solo poseer el mismo monmero:
Se tom como ejemplo el polipropileno homopolmero:
Propiedades, Presenta alta resistencia a la temperatura, puede esterilizarse
por medio de rayos gamma y xido de etileno, tiene buena resistencia a los
cidos y bases a temperaturas debajo de 80C, pocos solventes orgnicos lo
pueden disolver a temperatura ambiente. Posee buenas propiedades
dielctricas, su resistencia a la tensin es excelente en combinacin con la
elongacin, su resistencia al impacto es buena a temperatura ambiente, pero
a temperaturas debajo de 0C se vuelve frgil y quebradizo.
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Aplicaciones: Pelcula, rafia, productos Mdicos (jeringas, instrumentos de
aboratorio, etc.)
2.2.2. Copolmeros
Los copolimeros estn constituidos por 2 o ms monmeros diferentes, como
por ejemplo, la seda como copolmero natural, y la baquelita como sinttico.
Ahora bien, en los copolimeros encontramos una subclasificacion, que
depende de la forma en que estn ordenados los monmeros, es decir la
estructura:
a) Al azar: Es cuando los monmeros no presentan orden alguno, por
tanto presentan un patrn azaroso.
b) Alternado: Se observa un patrn de monmeros alternados.
c) En bloque: Son los que presentan un patrn alternado, pero
bloques o paquetes, por ejemplo, dos monmeros de un tipo y
tres monmeros del otro, en forma alternada. Ejemplo: Caucho
SBS (ESTIRENOBUTADIENO-ESTIRENO), usado en suelas de
zapatos y cubiertas de neumticos.
d) Injertado: Es cuando se ve una cadena principal formada por un
solo monmero, y contiene ramificaciones formas por el otro
monmero unidas a la cadena principal. Ejemplo: El poliestireno de
alto impacto
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En cuanto a sus propiedades pueden ser: mdulo elstico, tenacidad,
viscosidad del fundido, estabilidad trmica. Adems, la distribucin de los
respectivos monmeros dentro de las cadenas del polmero tambin influye
en las propiedades del copolmero.
Su aplicacin, la combinacin de mommeros diferentes para formar
copolmeros puede compararse con la mezcla de metales para formas
soluciones slidas, que es la base de la formacin de las aleaciones.
2.3. De acuerdo al comportamiento frente al calor: Termoplsticos, termoestables y elastmeros.
2.3.1. Termoplsticos:
Conjunto de materiales que estn formados por polmeros que se encuentran
unidos mediante fuerzas intermoleculares o fuerzas de Van der waals,
formando estructuras lineales o ramificadas. Una caracterstica es que a
temperaturas relativamente altas, se vuelve deformable, se derrite cuando se
calienta y se endurece en un estado de transicin vtrea cuando se enfra.
Estrucutra:
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Propiedades:
Pueden derretirse antes de pasar a un estado gaseoso.
Permiten una deformacin plstica cuando son calentados.
Son solubles en ciertos solventes.
Se hinchan ante la presencia de ciertos solventes.
Buena resistencia al fenmeno de fluencia.
Uso o Aplicaciones:
Polietileno de alta presin como material rgido aplicado para
cubiertas de mquinas elctricas, tubos, etc.
Polietileno de baja presin como material elstico usado para el
aislamiento de cables elctricos, etc.
Poliestireno aplicado para aislamiento elctrico, empuaduras de
herramientas.
Poliamida usada para la fabricacin de cuerdas, correas de
transmisin, etc.
PVC o cloruro de polivinilo para la fabricacin de materiales
aislantes, tubos, envases, etc.
Los ms usados:
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a) Polietileno (PE): Es qumicamente el polmero ms simple. Es un
polmero de cadena lineal no ramificada. Posee la siguiente
estructura:
Posee las siguientes propiedades: En secciones delgadas es casi del
todo transparente. A las temperaturas ordinarias es tenaz y flexible, y
tiene una superficie relativamente blanda que puede rayarse con la
ua. A medida que aumenta la temperatura, el slido va hacindose
ms blando y finalmente se funde a unos 110 C, transformndose en
un lquido transparente.
b) Polipropileno (PP): Parcialmente cristalino, que se obtiene de la
polimerizacin del propileno (o propeno). Pertenece al grupo de
las poliolefinas. Posee la siguiente estructura:
Posee las siguientes propiedades: Dispersin de pesos moleculares,
como en la sntesis de otros polmeros, la longitud de las cadenas de
polipropileno creadas en una misma partida no es uniforme. La
viscosidad, influye directamente sobre las condiciones de procesado, y
por ello sobre la economa de los procesos. Al tratarse de molculas
altamente lineales, las molculas de polipropileno tienden a tomar en
estado slido una estructura ordenada, semicristalina.
c) Poliestireno (PS): se obtiene de la polimerizacin del estireno
monmero. Existen cuatro tipos principales: el PS cristal o GPPS, el
poliestireno de alto impacto o HIPS, el poliestireno expandido o EPS y
el poliestireno extruido. Posee la siguiente estructura:
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Posee las siguientes propiedades: el PS cristal o GPPS, es
transparente, rgido y quebradizo; el poliestireno de alto impacto o
HIPS, es resistente al impacto y opaco blanquecino, el poliestireno
expandido o EPS, es muy ligero, y el poliestireno extruido, similar al
expandido pero ms denso e impermeable.
d) Policloruro de vinilo (PVC): Es el producto de la polimerizacin del
monmero de cloruro de vinilo. Es el derivado del plstico ms verstil.
Este se puede producir mediante cuatro procesos diferentes:
Suspensin, emulsin, masa y solucin. Posee la siguiente estructura:
Posee las siguientes propiedades: Tiene una estructura similar a los
polietilenos de alta densidad, dando un material duro y resistente a los
agentes atmosfricos, buen aislamiento elctrico, y posee dureza.
e) Polietileno tereftalato (PET): Qumicamente el PET es
un polmero que se obtiene mediante una reaccin de
policondensacin entre el cido tereftlico y el etilenglicol. Pertenece al
grupo de materiales sintticos denominados polisteres. Posee la
siguiente estructura:
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Posee las siguientes propiedades: Acta como barrera para los gases,
como el CO2, humedad y el O2. Es transparente y cristalino, aunque
admite algunos colorantes. Impermeable. Inerte. Resistente a esfuerzos
permanentes y al desgaste, ya que presenta alta rigidez y dureza.
A continuacin presentamos los diferentes usos de los diveros tipos de
termoplsticos:
Se pueden considerar los termoplsticos vistos como los ms importantes.
2.3.2. Termoestables:
Los termoestables hacen referencia al conjunto de materiales formados
por polmeros unidos mediante enlaces qumicos adquiriendo una estructura
final altamente reticulada. Infusibles e insolubles. La razn de tal
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comportamiento estriba en que las cadenas de estos materiales forman una
red tridimensional espacial, entrelazndose con fuertes (enlaces covalentes).
Propiedades generales:
No se pueden derretir, antes de derretirse pasan a un estado
gaseoso.
Generalmente no se hinchan ante la presencia de ciertos
solventes.
Son insolubles.
Alta resistencia al fenmeno de fluencia
Uso o aplicaciones generales:
Resinas epoxi, usados como materiales de pintura y
recubrimientos, masillas, fabricacin de materiales aislantes, etc.
Resinas fenlicas, empuaduras de herramientas, bolas de billar,
ruedas dentadas, materiales aislantes, etc.
Resinas de polister insaturada, fabricacin de plsticos
reforzados de fibra de vidrio conocidos comnmente como
polister, masillas, etc.
Los ms usados:
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a) Resinas epoxi: Se endurece cuando se mezcla con un
agente catalizador. Las resinas epoxi ms frecuentes son producto de
una reaccin entre epiclorohidrina y bisfenol A. Estructura:
Propiedades: El material no se contrae una vez terminado
el proceso de endurecimiento, una vez endurecidas, se adhieren a casi
todos los cuerpos, se utilizan a temperatura ambiente o algo ms
elevada, buena resistencia mecnica y buena resistencia a los agentes
qumicos.
Aplicaciones: Revestimiento e impregnacin aislante (por ejemplo, en
los bobinados de los motores), adhesivos, barnices aislantes,
recubrimientos varios y sobretodo en materiales de pintura.
b) Resinas fenlicas: Tambin llamada Baquelita. Se forman por
policondensacin de los fenoles (cido fnico o fenol) y el formaldehdo
o formol. Este ltimo es el estabilizador de la reaccin. (Para ver los
tipos de baquelita ver anexo 3). Estructura:
Propiedades: Es frgil, insensible al calor y a la humedad.
Aplicaciones: Actualmente se usa en mangos de sartenes y de ollas,
as como en elementos elctricos como interruptores, contactos o
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28
portalmparas. Tambin se utiliza en forma de placas de circuitos
impresos, circuitos integrados y otras piezas usadas en electrnica.
c) Resinas de poliester: La resina de polister, en su origen, es similar a
un trozo de vidrio. Por ello, se le aade para un mejor manejo una
proporcin de Estireno, un disolvente que la convierte en ese fluido
que todos conocemos. Estructura:
Propiedades; Viscosidad, tixotropa y reactividad.
Usos y aplicaciones: Se usa mayormente para plsticos reforzados
con fibra de vidrio.
2.3.3. Elastmeros:
Hacen referencia al conjunto de materiales que formados por polmeros que
se encuentran unidos por medio de enlaces qumicos adquiriendo una
estructura final ligeramente reticulada. Son aquellos tipos de compuestos que
estn incluidos no metales en ellos, que muestran un comportamiento
elstico. Estructura:
-
29
Propiedades:
No se pueden derretir, antes de derretirse pasan a un estado
gaseoso
Se hinchan ante la presencia de ciertos solventes
Generalmente insolubles.
Son flexibles y elsticos.
Menor resistencia al fenmeno de fluencia que los termoplsticos
Usos o aplicaciones:
Goma natural, material usado en la fabricacin de juntas, tacones
y suelas de zapatos.Poliuretanos - Los poliuretanos son usados
en el sector textil para la fabricacin de prendas elsticas como la
lycra, tambin se utilizan como espumas, materiales de ruedas,
etc.
Polibutadieno, material elastmero utilizado en las ruedas o
neumticos de los vehculos dados la extraordinaria resistencia al
desgaste.
Neopreno, material usado principalmente en la fabricacin de
trajes de buceo, as como aislamiento de cables, correas
industriales, etc.
Silicona, material usado en una gama amplia de materiales y
reas dado a sus excelentes propiedades de resistencia trmica y
qumica, las siliconas se utilizan en la fabricacin de chupetes,
prtesis mdicas, lubricantes, moldes, etc.
3. Vidrios y cermicos
3.1. Vidrios
El vidrio se fabrica en reactores de fusin, donde se calienta una mezcla de
arena silcea (arcillas) y xidos metlicos secos pulverizados o granulados.
-
30
En el proceso de fusin (paso de slido a lquido) se forma un lquido
viscoso y la masa se hace transparente y homognea a temperaturas
mayores a 1500C. Al sacarlo del reactor, el vidrio adquiere una rigidez que
permite darle forma y manipularlo. Controlando la temperatura de
enfriamiento se evita la desvitrificacin o cristalizacin.
El siguiente diagrama muestra el proceso mencionado. Cabe sealar que
este proceso tiene como producto final planchas de vidrio con dimensiones
estndares para comercializacin.
Sin
embargo, existe el trabajo del vidrio con fines decorativos y de
modelacin:
-
31
3.2. Tipos de vidrios
Los vidrios de fabrican a base de arcilla. Su mezcla con compuestos qumicos
adecuados producen diferentes tipos de vidrio. Los vidrios varan su composicin
por la presencia de los siguientes elementos:
3.2.1. El Vidrio Sdico-Clcico
-
32
Est formado por slice, sodio y calcio
principalmente. El elemento slice es parte
de la materia prima bsica, el sodio le da
cierta facilidad de fusin y el calcio la
provee de estabilidad qumica. Sin el
calcio el vidrio sera soluble hasta en agua
y prcticamente no servira para nada.
Este tipo de vidrio es el que se funde con
mayor facilidad y el ms barato.
Gran parte del vidrio incoloro y transparente tiene esta composicin.
Las ventanas de los edificios, desde la ms grande hasta la ms
pequea estn hechas con este vidrio.
El grosor en relacin con el tamao es muy importante segn el uso
del vidrio. Existe una clasificacin y una reglamentacin para el tipo de
vidrio que se debe usar en cada construccin. As tenemos:
-
33
La resistencia qumica del vidrio sdico-clcico mejora al aumentar la
proporcin del slice, por su condicin poco reactiva.
Tambin se aumenta la fortaleza a lo que se conoce como choque
trmico Por ejemplo cuando un refractario corriente se encuentra a
elevadas temperaturas y se pronto es colocado en agua fra, se
quiebra. Esto es lo que se conoce como un choque trmico. Ocurre
cuando las molculas, formadas por tomos y enlaces, aumentan su
temperatura y consigo se incrementa la cantidad de energa trmica
que produce que los enlaces se estiren y contraigan con mayor
velocidad. Cuando el vidrio bajo estas condiciones hace contacto con
el agua fra, esta ltima disminuir la energa trmicat los encales
recuperan su movimiento original, por lo que ya no necesitan ms
espacio para moverse. Si el vidrio se enfra poco a poco,
paulatinamente llega a sus dimensiones originales y no se produce
ningn rompimiento. Cuando el material regresa rpidamente al
tamao inicial se rompe. Se llama choque trmico porque se estn
enfrentando dos temperaturas diferentes, lo cual provoca que el
material se destruya.
Vibraciones en la molcula de SiO2.
-
34
A estos movimientos entre los tomos se les conoce como vibraciones, y
en general se producen la mayora de los materiales. Cuando las
vibraciones son de arriba hacia abajo, la expansin ser ms reducida
que cuando son de la otra forma y el material tendr ms resistencia al
choque trmico. Esta caracterstica es medible y se conoce
como coeficiente de dilatacin
calorfico.
Ahora ya podemos dar una
explicacin al hecho de que el
vidrio con mayor proporcin de
slice sea ms resistente al choque
trmico. Dicho elemento tiende a
mantener sus dimensiones cuando
se calienta.
La distancia entre las molculas de
slice es suficiente para acomodar este movimiento y por esta razn la
distancia entre los tomos de silicio crece muy poco cuando se aumenta
la temperatura, la expansin es pequea y, por lo tanto, la resistencia al
choque trmico es grande.
Cuando se aaden otros elementos, como en la figura se rompe el puente
Si-O-Si, y entonces pueden predominar vibraciones. Si esto pasa, el
material tiene que expandirse para poder moverse longitudinalmente,
aumentando con esto la probabilidad de un choque trmico.
Sin importar cul sea la composicin del vidrio de que se trate, su
resistencia al choque trmico siempre ser mayor mientras ms
cantidad de slice tenga.
-
35
3.2.2. El Vidrio De Plomo
El siguiente tipo de vidrio que aparece en la tabla es el de plomo, en el
cual se sustituye el xido de calcio por xido de plomo.
Es igual de transparente que el vidrio sdico-clcico, pero mucho ms
denso, con lo cual tiene mayor poder de refraccin y de dispersin.
Se puede trabajar mejor porque se funde a temperaturas ms bajas.
Su coeficiente de dilatacin calorfica es muy elevado, lo cual quiere
decir que se expande mucho cuando se aumenta la temperatura y por
lo tanto no tiene gran resistencia al choque trmico.
Posee excelentes propiedades aislantes, que se aprovechan cuando
se emplea en la construccin de los radares y en el radio. Absorbe
considerablemente los rayos ultravioletas y los rayos X, y por eso se
utiliza en forma de lminas para ventanas o escudos protectores.
Es un vidrio blando a baja temperatura que permanece con cierta
plasticidad en un rango de temperatura, lo cual permite trabajarlo y
grabarlo con facilidad. Las piezas del material conocido como cristal
cortado estn hechas con este vidrio.
Asimismo, se utiliza en la elaboracin de vidrios pticos, para lo cual
se aade xido de lantano y tono. Estos vidrios dispersan la luz de
todos los colores. Son excelentes lentes para cmaras fotogrficas
porque con una correccin mnima dan luz de todos los colores y la
enfocan de manera uniforme en el plano de la pelcula. Si no fuera
as, unos colores seran ms intensos que otros en una fotografa, y
no se lograran imgenes tan reales.
-
36
El vidrio de plomo tambin tiene una proporcin de potasio. El potasio
hace que el material sea ms quebradizo, pero el plomo resuelve el
problema.
Este tipo de vidrio, con estas propiedades tan peculiares, fue inventado
cuando se trataba de resolver el problema de la fragilidad del vidrio con
potasio. Es ms costo que el anterior.
3.2.3. El Vidrio De Borosilicato
Su su principal componente es el xido de boro.
Es prcticamente inerte, ms difcil de fundir y de trabajar.
Los tomos de boro se incorporan a la estructura como Si-O-B.
Tiene alta resistencia a cambios bruscos de temperatura, pero no tan
alta como la del vidrio de slice puro, pues aun cuando presenta el
mismo tipo de vibracin, la longitud de los enlaces vara ms cuando
est presente el boro y el material tiene un coeficiente de dilatacin
mayor.
El valor de este coeficiente es 0.000005 centmetros por grado
centgrado. Esto quiere decir que por cada grado centgrado que
aumenta la temperatura, el vidrio se agranda 0.000005 centmetros.
Por este motivo, se utiliza
en la elaboracin de
utensilios de cocina para el
horno y de material de
laboratorio, pues es muy
resistente al calor y a los
cambios bruscos de
temperatura. Estos objetos
no se hacen de vidrio de
slice puro porque su
-
37
manufactura es complicada, ya que tienen que alcanzar temperaturas
de 1650C para hacerlo.
3.2.4. El Vidrio De Slice
Formado con 96% de slice es el ms duro y el ms dificil de trabajar,
requiere de una tcnica al vaco para obtener el producto que transmite
energa radiante del ultravioleta y del infrarrojo con la menor prdida de
energa.
Tambin existe otra tcnica para la obtencin de este tipo de vidrio:
En la primera etapa se utiliza vidrio de borosilicato que se funde y
se forma, pero con dimensiones mayores a las que se desea que
tenga el producto final. Este artculo se somete despus a un
tratamiento trmico, con lo cual se transforma en dos fases vtreas
entremezcladas, es decir, en dos tipos de vidrios diferentes
entremetidos uno en el otro. Uno de ellos es rico en lcali y xido
de boro, adems de ser soluble en cidos fuertes (clorhdrico y
fluorhdrico) calientes. El otro contiene 96% de slice, 3% de xido
de boro y no es soluble. Esta ltima es la composicin final del
vidrio de slice.
En la segunda etapa de fabricacin el artculo se sumerge en un
cido caliente, para diluir y quitar la fase soluble. El vidrio que tiene
grandes cantidades de slice, y que no se disuelve, forma una
estructura con pequeos agujeros, llamados poros. Posteriormente
se lava el vidrio para eliminar el cido brico y las sales que se
forman, concluyendo con un secado.
En la tercera y ltima etapa el artculo se calienta a 1200C, y se
observa una contraccin de aproximadamente 14%. Esto quiere
decir que su tamao disminuye en ese porcentaje. Los poros
desaparecen. Su estructura se consolida sin que se produzca
-
38
ninguna deformacin. Los gases contenidos en el interior son
desorbidos y el vidrio adquiere una apariencia perfectamente
transparente y hermtica.
Los vidrios que contienen 96% de slice tienen una estabilidad tan grande
y una temperatura de reblandecimiento tan elevada (1500C) que
soportan temperaturas hasta de 900C durante largo tiempo. A
temperaturas ms altas que stas puede producirse una desvitrificacin y
la superficie se ve turbia.
Por todas estas propiedades se utilizan en la fabricacin de material de
laboratorio, que requiere una resistencia excepcional al calor, como
sucede con los crisoles, los tubos de proteccin para termopares, los
revestimientos de hornos, las lmparas germicidas y los filtros ultravioletas
La slice es un material elstico casi perfecto. Cuando se deforma debido
a una fuerza externa, rpidamente regresa a su forma original. No pierde
su estructura qumica ni siquiera con el calor, razn por la cual este tipo
de vidrio es el ms cotizado.
Tambin tenemos una clasificacin segn la tendencia de estos vidrios:
-
39
Vidrios tratados trmicamente: (Vidrios termo
endurecidos y vidrios templados) han sido tratados
trmicamente para aumentar la resistencia a los
choques metlicos y trmicos.
Vidrios anti-reflejos: Este tipo de vidrio es utilizado
siempre que se desee mejorar la visin de una obra
pictrica enmarcada con la ayuda de un vidrio de
proteccin.
Vidrio FLOAT: Acristalamiento simple ordinario, este
tipo de vidrio constituye el producto de base universal
del acristalamiento. Hay de varios tonos pues puede
ser claro, azul, bronce, gris, verde.
Vidrios de Exteriores pegados (VEC): Sistema de
aplicacin de vidrios por pegadura sobre una
estructura metlica. Esta tcnica permite la realizacin
de fachadas totalmente de cristal o de mundo
cortina.
Espejos: Ahora hay espejos que cuidan el medio
ambiente e incluso son ecolgicos. En este caso,
un ejemplo de esto es el Mirox 3G que es un
espejo que responde a la Directiva europea
RoHS (menos 0.1% de plomo). Adems tiene
70% menos disolventes, 10% ms resistencia a
-
40
corrosin, 3% ms resistente a araazos que los espejos tradicionales, y
adems tiene resistencia a agresiones qumicas de los productos de limpieza.
3.3. Propiedades:
3.3.1. Propiedades mecnicas
Densidad 2500 kg/m3
Un panel de 4 mm de espesor de vidrio pesa 10kg/m2
Dureza
470 HK
La dureza del vidrio flotado se establece conforme a Knoop. La
base es el mtodo de ensayo dado en la norma DIN 52333 (ISO
9385).
Resistencia a la
comprensin
800 - 1000 MPa
La resistencia a la compresin define la capacidad de un material
para soportar una carga aplicada verticalmente a su superficie.
Mdulo de
elasticidad
70 000 MPa
El mdulo de elasticidad se determina a partir del alargamiento
elstico de una barra fina, o bien doblando una barra con una
seccin transversal redonda o rectangular.
Resistencia a la
flexin
45 MPa
La resistencia a la flexin de un material, es una medida que
valora su resistencia durante la deformacin. Se determina por
ensayos de flexin en la placa de vidrio, utilizando el mtodo del
anillo doble, de acuerdo a la norma EN 1288-5.
3.3.2. Propiedades trmicas
Rango de
transformacin 520 - 550 C
Temperatura para su
emblandecimiento
600 C
No tiene punto de fusin definido. Se transforma
-
41
continuamente desde el estado slido al estado plstico
viscoso. El rango de transicin se denomina rango de
transformacin y de acuerdo con DIN 52324 (ISO 7884),
se encuentra entre 520 C y 550 C.
El templado y el curvado, requieren una temperatura
suplementaria ms de 100 C.
Calor especfico
0,8 J/g/K
El calor especfico (en Julios) define la cantidad de calor
necesaria para elevar la temperatura de 1 g de vidrio
flotado en 1K. El calor especfico del vidrio aumenta
ligeramente la temperatura, que va aumentando hasta el
intervalo de transformacin.
Conductividad
trmica:
0,8W/mK
la cantidad de calor requerido para fluir a travs del rea
de seccin transversal de la muestra de vidrio flotado en el
tiempo en que disminuye la temperatura.
Expansin termal
9.10-6 K-1
Encontramos un diferente comportamiento en la expansin
del cuerpo bajo efecto de calor, en caso de expansin
lineal y expansin volumtrica. Con los cuerpos slidos, la
expansin volumtrica es tres veces el de la expansin
lineal. El coeficiente de temperatura de expansin del
vidrio flotado se administra de acuerdo a DIN 52328.
3.3.3. Propiedades pticas
El vidrio tiene varios puntos fuertes en cuanto a sus propiedades pticas:
- Puede ser producido en paneles grandes y homogneos
- Sus propiedades pticas no se ven afectadas por el paso del tiempo
- Esta producido con superficies perfectamente planas y paralelas
-
42
ndice de
refraccin
n = 1.52
Si la luz de un medio pticamente menos denso (aire) se encuentra
con un medio pticamente ms denso (vidrio), entonces el rayo de luz
se divide en las interfaces de superficie. La medida de la desviacin
determina el ndice de refraccin. Para el vidrio flotado, este ndice de
refraccin es n = 1,52.
3.3.4. Propiedades tcnicas
Resistencia frente: Agua = clase 3 (DIN 52296)
cido = clase 1 (DIN 12116)
Alcalino = clase 2 (DIN 52322 e ISO 695)
La superficie de vidrio se ve afectada si se expone durante mucho tiempo a los
lcalis (y a los gases de amonaco) en combinacin con altas temperaturas. El vidrio
flotado tambin reacciona a los compuestos que contienen cido fluorhdrico en
condiciones normales. Estos se utilizan para el tratamiento de superficies de vidrio.
Pruebas de
desgaste:
Ensayos de abrasin (DIN 52347 e ISO 3537) Se evala la dispersin de
la luz que impacta directamente la superficie.
El aumento de la dispersin de la luz en el vidrio flotado es de aprox. 1%
(despus de 1 000 ciclos de abrasin). El aumento de la dispersin de la
luz permitida para el vidrio de seguridad del vehculo (parabrisas) es de
2% en Europa (ECE R43) y EE.UU.(ANSI Z 26.1) .
Proceso de goteo de arena (DIN 52348 e ISO 7991). Para esta prueba la
abrasin por impacto diagonal, se hicieron gotear 3 kg de arena con un
tamao de partcula 0,5/0,71mm sobre la superficie a ensayar, con una
-
43
inclinacin de 45 y, desde una altura de 1600 mm. La medicin del
desgaste es la densidad luminosa reducida (segn la norma DIN 4646
parte 2).
Densidad La densidad luminosa reducida para el vidrio flotado es de aprox.
4cd/m2lux.
Dureza
La dureza al rayado de vidrio flotado es de aprox. 0,12N
El ensayo se dise originalmente para determinar la dureza al rayado de
los plsticos. Una punta de diamante con ngulo 50 y 15 mm de radio, se
dibuja sobre la superficie del vidrio mediante la aplicacin de diferentes
cargas. La carga a la cual se produce un rasguo en la superficie, es una
medida de la dureza al rayado. Esto no es un mtodo preciso, debemos
tener en cuenta la influencia del probador.
3.4. Estructura
El vidrio se obtiene a unos 1500 C a partir de arena de slice (SiO2), carbonato
de sodio (Na2CO3) y caliza (CaCO3).
Las estructuras vtreas se producen al unirse los tetraedros de slice u otros
grupos inicos, para producir una estructura reticular no cristalina, pero slida
-
44
3.5. Aplicaciones
Para laboratorios: Usados para la medicina como probetas , tubos de
ensayos y lentes para microscopios
Vidrios para construccin: El uso ms frecuente de los vidrios se encuentra en
las lunas de seguridad. Se aplica en protecciones antirrobo de bancos,
lucernarios o grandes acristalamientos
-
45
Vidrio pyrex: Ms resistente a los cambios de temperatura que otros vidrios.
3.6. Cermicos
3.7. Estructura de los cermicos: Un gran nmero de materiales cermicos poseen estructuras tpicas como
la estructura del NaCl, de blenda (ZnS) y de fluorita (CaF2). Sin embargo
la mayora de los cermicos tienen estructuras cristalinas ms
complicadas y variadas. Entre estas estructuras podramos destacar las
ms importantes como son:
Estructura perovskita (CaTiO3): Ejemplo: BaTiO3, en la cual los
iones de bario y oxigeno forman una celda unidad cbica centrada en
las caras con los iones bario en los vrtices de la celda unidad, y los
iones oxido en el centro de las caras, el in titanio se situar en el
centro de la celda unidad coordinado a seis iones oxgeno.
-
46
Estructura del corindn (Al2O3): Es similar a una estructura
hexagonal compacta; sin embargo, a cada celda unidad estn
asociados 12 iones de metal y 18 de oxgeno.
Estructura de espinela (MgAl2O4): Donde los iones oxigeno forman
un retculo cbico centrado en las caras y los iones metlicos ocupan
las posiciones tetradricas u octadricas dependiendo del tipo de
espinela en particular.
Estructura de grafito: Tiene una estructura hexagonal compacta.
3.8. Clasificacin de los cermicos: Puede ser cristalina, no cristalina, o una mezcla de ambas. Se presentan en
las ms variadas formas; de estructuras muy simples a las ms
complejas mezclas de fases. Su abundancia en la naturaleza y las diferencias
que presentan en sus propiedades respecto a las de los metales los convierte
en materiales sumamente importantes.
Segn su estructura, los cermicos pueden clasificarse en dos
grandes grupos, los cristalinos o cermicos, y los no cristalinos o vidrios. A su
vez, los cristalinos pueden ser monocristalinos o policristalinos.
3.8.1. Cermicos cristalinos:
Las cermicas cristalinas pueden clasificarse en tres grupos:
-
47
- Las cermicas de silicato, cuya unidad estructural fundamental es
el SiO2, incluyen por ejemplo a la porcelana y los materiales
refractarios.
- Los cermicos de xido sin silicatos son compuestos a los que se
les agregan impurezas, como el Al2O3, MgO y BeO.
- Las cermicas sin xidos, como el ZnS, SiC y TiC, se utilizan
como material para elementos calefactores de horno, as como
material abrasivo.
Hay dos caractersticas de los iones que componen los materiales
cermicos cristalinos que determinan la estructura cristalina:
El valor de la carga elctrica de los iones componentes: el cristal
debe ser elctricamente neutro; es decir debe haber igual nmero de
cargas positivas (de los cationes) que de cargas negativas (de los
aniones).
3.9. Los tamaos relativos de los cationes y aniones: Comprende el
tamao de los radios inicos de los cationes y aniones RC y RA. Puesto
que los elementos proporcionan electrones al ser ionizados los cationes
son generalmente menores que los aniones por lo tanto RC/RA es menor
que uno.
Propiedades:
Las propiedades de los materiales cermicos vienen determinadas en
cuatro niveles:
-
48
- Atmico
- Ordenacin de tomos, cristalino o amorfo
- Microestructura
- Macroestructura
Las propiedades que tienen los materiales cermicos son las siguientes:
3.9.1. Propiedades mecnicas:
Los materiales cermicos son duros y frgiles a temperatura ambiente debido
a su enlace inico/covalente (al aplicarles una fuerza los iones de igual carga
quedan enfrentados provocando la rotura del enlace), este hecho supone una
gran limitacin en su nmero de aplicaciones, pero en ningn caso soporta los
172 Mpa. Mientras que la resistencia a la compresin es de 5 a 10 veces
superior. Esta fragilidad se intensifica por la presencia de imperfecciones.
3.9.2. Propiedades trmicas :
Los materiales cermicos tiene baja conductividad trmica debido a sus
fuertes enlaces inicos covalentes y son buenos aislantes trmicos. La
diferencia de energa entre la banda de covalencia y la banda de conduccin
en estos materiales es demasiado grande como para que se exciten muchos
electrones hacia la banda de conduccin, por este hecho son buenos
aislantes trmicos. Debido a su alta resistencia al calor son usados como
refractarios, y estos refractarios son utilizados en las industrias metalrgicas,
qumicas cermicas y del vidrio.
En la siguiente figura se compara conductividades trmicas de distintos
materiales cermicos en funcin de la temperatura. Debido a la resistencia al
calentamiento son usados como refractarios.
-
49
3.9.3. Propiedades pticas:
Actualmente existen diversos sistemas cermicos que poseen excelentes
propiedades pticas como Reflexin, Absorcin, Transmisin, Color,
Opacidad y translucidez, Brillo superficial, Normativa.
Todo esto ha llevado a la profesin a experimentar el uso de nuevos sistemas
cermicos que van desde las convencionales cermicas feldespticas hasta
las modernas cermicas reforzadas, inyectadas o confeccionadas con auxilio
de computadoras.
-
50
3.9.4. Propiedades elctricas:
Son en su mayora aislantes elctricos debido a que tienen una alta
resistencia dielctrica y baja constate dielctrica.
Algunos de ellos presentan otras propiedades dielctricas como es la facilidad
de polarizarse. Los materiales cermicos se usan ampliamente en
la industria elctrica y electrnica.
3.9.5. Propiedades magnticas:
No suelen presentar propiedades magnticas, sin embargo podemos
encontrar cermicas con propiedades magnticas de gran importancia como
ferritas y granates. stas son las llamadas cermicas ferrimagnticas. En
estas cermicas los diferentes iones tienen momentos magnticos distintos,
esto conduce a que al aplicar un campo magntico se produzca como
resultado una imantacin neta.
3.9.6. Propiedades qumicas
Se refiere a los procesos que modifican qumicamente a un material, y que es
uno de los factores que limitan de forma notable la vida de un material. La
alteracin qumica puede experimentar procesos como los de oxidacin o
corrosin. Por ello, resulta imprescindible conocer las propiedades qumicas
de los materiales para as poder determinar su mayor o menor tendencia a
sufrir procesos de este tipo.
3.10. Aplicaciones o usos de los cermicos: - Fabricacin de productos de alfarera, debido a su dureza y
resistencia al calor.
- Losetas trmicas (trasbordadores espaciales), por su baja
conductividad trmica.
- Fabricacin de materiales de construccin (ladrillos, cemento,
azulejos, baldosas, etc.), por su dureza y baja conductividad trmica y
elctrica.
- Aislantes en aparatos electrnicos.
-
51
- Materiales refractarios, por su punto de fusin tan elevado.
- Sirven para pulir o afilar otros materiales de menor dureza debido a su
gran dureza. Ejemplos: almina fundida y carburo de silicio.
- Vidrio.
-
52
CONCLUSIONES GENERALES
Los polmeros se pueden clasificar por diferentes maneras, pero la ms
importante y clara es la clasificacin por origen ya sea natural o sinttico.
Los polmeros han originado un impacto social y ambiental que ha generado
aspectos positivos y en su gran mayora negativos, ya que la eliminacin de
polmeros contribuye a la acumulacin de basuras, ya que una bolsa plstica
demora muchos aos en degradarse.
Existen polmeros que son vitales para la vida, tales como las protenas, que
son los bloques para la construccin de los tejidos animales y vegetales,
tambin los polmeros de conduccin natural. Tambin est los cidos
nucleicos, que son vitales para la transmisin de genes.
Tanto como existen polmeros sintticos tambin existen polmeros naturales
como la seda, el algodn, la lana y el almidn.
El peso molecular de los polmeros pueden ser por promedio de nmeros y
promedio de peso, estos datos pueden dar una medida de la magnitud de la
desintegracin de los cromosomas (genes), es decir, del perjuicio que sufren
por la radiacin o por agentes qumicos.
Es muy importante saber sobre la ciencia y tecnologa de los materiales ya
que todo ingeniero debe de saber con qu material se encuentra trabajando,
sabiendo su estructura, procesos, formas, etc.
En estos ltimos los autos blindados son muy requeridos para el uso de
transportar de cosas valiosas para lo cual se debe asegurar que el auto
elegido debe ser el adecuado para la debida proteccin.
La industria del vidrio tiene capacidad para modificar sus procedimientos para
producir ms limpio. La produccin del vidrio es una tecnologa
extremadamente antigua, pero los vidrieros siempre han sabido evolucionar
para mejorar sus productos y sus procedimientos para seguir siendo
competitivos. La proteccin del medio ambiente es un poderoso aguijn
exterior para hacer progresos en relacin con la fusin del vidrio, de las
materias primas y de la concepcin de los hornos. Esto es una suerte para el
futuro.
-
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http://www.uv.es/uimcv/Castellano/ModuloMatCeramicos/Unidad%201.pdf.
Consulta: 30 de junio del 2015
http://www.texasarmoring.com/espanol/materiales_de_blindaje_de_vehiculos_
blindados.html (consulta: 29 de junio del 2015)
http://www.bmw.es/home/accesosdirectos/Corporate/blindados.html
(consulta: 29 de junio del 2015)
http://www.alpineco.com/es/fabricacion/autos-contrabalas.php (consulta: 29
de junio del 2015)
http://www.metalactual.com/revista/27/materiales_blindados.pdf (consulta: 29
de juniodel 2015)
http://www.centrofrio.8k.com/catalogo.html (consulta: 29 de junio del 2015
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55
ANEXO 1
Camionetas blindadas: Cmo se fabrican?
https://www.youtube.com/watch?v=PQpmZNfzX_k
Grandes coches: Coches blindados
https://www.youtube.com/watch?v=_IAM6K4Dy6c
ANEXO 2 TCNICAS DE MOLDEO DEL CAUCHO
Moldeo por compresin
El moldeo por compresin es una tcnica en la cual la materia prima -en forma de
polvo- es introducida en un molde calefactado a una temperatura de entre 140 C
y 160 C, y sometida a una elevada presin. El calor y la presin se mantienen
hasta que la reaccin finaliza. Al cabo de unos minutos -determinados a partir del
espesor de la pieza- se produce la plastificacin y curado dentro del mismo molde,
para luego retirar la pieza terminada.
Este mtodo de moldeo es utilizado para producir interruptores de electricidad y
portafusibles, electrodomsticos, maquinarias, medidores de gas y luz, entre otras
aplicaciones.
Moldeo por transferencia
En el moldeo por transferencia el proceso es similar al anterior, con la diferencia
que la materia prima se precalienta antes de ser introducida en el molde y
transferida hidrulicamente. Este sistema se usa generalmente en moldes con
movimientos y que tenga hoyos, insertos, postizos, etc.
Moldeo por inyeccin
En el moldeo por inyeccin la materia prima es colocada en una tolva, y por
gravedad cae dentro de la mquina que, a travs de un tornillo calefactado, se
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inyecta a presin dentro del molde cerrado, con una temperatura inferior a la de la
materia prima inyectada. Despus de unos segundos se retira la pieza terminada.
La presin de la inyeccin es alta, dependiendo del material que se est
procesando.
El moldeo por inyeccin es un proceso rpido, muy apto para producir gran
cantidad de productos idnticos. Desde componentes de ingeniera de alta
precisin hasta bienes de consumo de uso comn.
Proceso de deshumificacin
La deshumificacin es un proceso mediante el cual, a travs de un sistema
automtico, se coloca la materia prima a utilizar a niveles deseados de humedad
que son propios de cada material y del producto que se desea fabricar.
Todas las materias primas hidroscpicas deben ser sometidas a procesos de
deshumificacin.
Atemperadores de molde
Los atemperadores son sistemas por medio de los cuales es posible aumentar o
disminuir la temperatura del molde durante el proceso de premoldeado. La
temperatura que debe alcanzar el molde en esta instancia depende de la materia
prima que se va a utilizar. En la mayora de los casos la informacin sobre la
temperatura de premoldeado es suministrada por el fabricante.
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ANEXO 3
ANEXO 4