Instituto Tecnológico de Colima Ingeniería Industrial Aula T-03
Procesos de Fabricación Ing. Francisco Tejeda Castrejón Unidad 4 – Procesos Industriales de Plásticos Térmicos, Compuestos y Termofraguantes, y de Materiales Cerámicos.
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
Villa de Álvarez Colima a 21 de Mayo de 2015
Chávez Cervantes Abel
-Procesos de Fabricación -
Índice Página:
Introducción .................................................................................................................... 2 Generalidades .................................................................................................................. 3 Tipos de Plásticos ............................................................................................................. 3 Materias Primas ............................................................................................................... 4 Compuestos Termofraguantes (fenólicas, resinosas y furamicas) .................................... 4 Celulosas, Poliestirenos, Polietilenos y Propilenos ........................................................... 5 Materiales Cerámicos ...................................................................................................... 6 Estructura de los materiales Cerámicos ........................................................................... 7 Cerámicos Tradicionales .................................................................................................. 8 Propiedades generales y aplicación de los Cerámicos ...................................................... 8
Conclusión ....................................................................................................................... 9 Bibliografía .................................................................................................................... 10
1
-Procesos de Fabricación Introducción Los plásticos son materiales esenciales para una infinidad de procesos y aplicaciones en la industria o en la vida cotidiana, se puede decir que casi un 75% de las cosas que existen en un lugar son hechas de algún tipo de plástico y sus derivados es por eso que en esta investigación, se abordaran los diferentes tipos de plásticos de más relevancia que serán de ayuda para comprender y tener una visión más clara de ¿qué son? ¿Para qué sirven? O ¿Qué aplicaciones tienen? El descubrimiento de la ebonita o hule duro por Charles Goodyear en 1839 y el descubrimiento del celuloide por J.W. Hyatt en 1869 marcaron el comienzo de esta industria. No fue, sin la resina de fenol formaldehido, fue desarrollada por el Dr. L. H.Baekeland y sus colegas. Desde entonces la investigación ha agregado numerosos materiales sintéticos que varían ampliamente en propiedades físicas. En general el término plástico se aplica a todos los materiales capaces de ser moldeados o modelados. El uso moderno de esta palabra ha cambiado su significado hasta incluir un extenso grupo de materiales orgánicos sintéticos que se hacen plásticos para la aplicación del calor y son capaces de formarse bajo presión. Sustituyen materiales tales como el vidrio, la madera y metales en la construcción y se hacen muchos artículos útiles, incluyendo revestimientos y filamentos para tejidos.
2
-Procesos de Fabricación Generalidades El término plástico se aplica a todos los materiales capaces de ser moldeados o modelados. El uso moderno de ésta palabra ha cambiado su significado hasta incluir un extenso grupo de materiales orgánicos sintéticos que se hacen plásticos por la aplicación del calor y son capaces de formarse bajo presión. Sustituyen a materiales tales como el vidrio, madera y metales en la construcción y se hacen muchos artículos útiles, incluyendo revestimientos y filamentos para tejidos. El descubrimiento de la ebonita o hule duro por Charles Goodyear en 1839 y el descubrimiento del celuloide por J. W. Hyatt en 1869 marcaron el comienzo de esta industria. Los productos hechos de materiales plásticos pueden producirse rápidamente con tolerancias dimensionales exactas y excelentes acabados en las superficies. Estos materiales pueden hacerse ya sea transparentes o en colores, tienden a absorber vibración y sonido y a menudo son más fáciles de fabricar que los metales. Existen diferentes clases de plásticos en producción comercial, que ofrecen hoy en día una amplia variedad de propiedades físicas.
Tipos de Plásticos Las materias plásticas se dividen en dos clases fundamentales: Termofraguantes: se obtienen por policondensación. El policondensado es un material termofraguante porque en la fase de elaboración, cuando se caliente y se somete a la acción de la presión, se determina una reacción química que provoca una reestructuración de carácter irreversible de la molécula: una vez formado, un termofraguante no es más recuperable. Termoplásticos: durante el estampado de un termoplástico no se verifica ninguna reacción química y el estampado no es irreversible porque los termoplásticos pueden ser llevados al estado plástico y sucesivamente de nuevo al estado sólido sin que pierdan sensiblemente sus características.
3
-Procesos de Fabricación Materias Primas El petróleo en su refinado se divide por destilación en varias fracciones, de las cuales la que se emplea para la fabricación de los plásticos es la de las naftas. La nafta mediante
un proceso térmico denominado “cracking”, se transforma en una mezcla de etileno, propileno, butileno y otros hidrocarburos ligeros; a partir de esta mezcla se obtiene la materia prima para los plásticos. Los plásticos son polímeros y se producen mediante un proceso llamado polimerización: enlaces químicos entre monómeros para crear polímeros. El tamaño y la estructura de las moléculas, así como la naturaleza de los enlaces confieren a los plásticos sus propiedades. Las materias primas para los compuestos plásticos, son diversos productos agrícolas y muchos otros materiales minerales y orgánicos, incluyendo carbón, gas, petróleo, piedra caliza, sílice y azufre.
Compuestos Termofraguantes (fenólicas, resinosas y furamicas) Son formados mediante calor y con o sin presión, resultando un producto que es permanentemente duro. El calor ablanda primero al material, pero al añadirle más calor o sustancias químicas especiales, se endurecen por un cambio químico conocido como polimerización y no puede ser reblandecido. Los procesos utilizados para plásticos termofraguantes, incluyen compresión o moldeo de transferencia, colado, laminado o impregnado.
Fenólicas Es uno de los principales plásticos termofraguantes que se usan en la actualidad en la industria. Se elabora mediante la reacción del fenol con el formaldehído, forma un material duro, de alta resistencia, durable, capaz de ser moldeado bajo una amplia variedad de condiciones. Este material tiene alta resistencia al calor y al agua y puede producirse en una gran variedad en colores. Se usa en la fabricación de materiales de revestimiento, productos laminados, ruedas de esmeril y agentes aglutinantes para metal y vidrio, pudiendo moldearse en muchas formas útiles, tales como cajas moldeadas, clavijas eléctricas, tapones de botella, perillas, carátulas, mangos para cuchillos, gabinetes para radio y otras numerosas partes eléctricas.
4
-Procesos de Fabricación Resinas amínicas Las resinas más importantes son formaldehído de urea y formaldehído de melanina. Este componente plástico, también termofraguante, se puede obtener en forma de polvo para moldear o en solución para usarse como liga y adhesivo. A la vez se combina con una variedad de relleno, mejora las propiedades mecánicas y eléctricas. Las buenas características de flujo de la resina de melanina hacen un modelo de transferencia, conveniente para tales artículos como vajillas, piezas de encendido, perillas y estuches para rasuradoras.
Resinas furánicas Las resinas furánicas de obtienen procesando productos agrícolas de desecho, tales como olotes, cascaras de arroz y de semillas de algodón, con ciertos ácidos. La resina termofraguante que se obtiene es de color obscuro resistente al agua y tiene excelentes cualidades eléctricas. Estas resinas también son usadas como aglutinantes para arena de corazones de fundición, como aditivos endurecedores para enyesar, también como agentes adhesivos en compuestos de piso y en productos de g rafito.
Celulosas, Poliestirenos, Polietilenos y Propilenos Los termoplásticos, son procesados principalmente por inyección o moldeo soplado, extrusión, termoformado y satinado.
Celulosas Las celulosas son termoplásticos preparados de varios tratamientos con fibras de algodón y madera. Son muy tenaces y se producen en una amplia variedad de colores.
Acetato de celulosa. Es un compuesto más estable que tiene una resistencia mecánica considerable y fácil de ser fabricado en láminas o ser moldeado por inyección, compresión y extrusión. Con este compuesto de fabrican envases de exhibición, juguetes, perillas, cuerpos de lámparas eléctricas, revestimientos de cerdas para brochas de pinturas, etc.
Acetato-butirato de celulosa. Es un compuesto para moldeos, es similar al acetato de celulosa y ambos se producen en todos loso colores por los mismos procesos, en general se reconoce por su baja absorción de humedad, por su fuerza, estabilidad dimensional bajo diversas condiciones atmosféricas y por su capacidad para ser extruido continuamente. Es utilizado para fabricar los siguientes productos: cascos para futbol, armazones para anteojos, charolas, cinturones, etc.
5
-Procesos de Fabricación Poliestirenos Es un material adaptado especialmente para moldeo por inyección y extrusión. Algunas de sus características más notables son. Su bajo peso específico, es fácil de obtener en colores claros a opaco, resistentes al agua y a la mayor parte de los agentes químicos, estabilidad dimensional y buenas características de aislamiento.
Polietilenos Los productos de polietileno son flexibles tanto temperatura ambiente normal como a bajas temperaturas, son a prueba de agua, no los afecta la mayoría de los agentes químicos; son capaces de sellar por calor y pueden producirse en muchos colores. El polietileno es uno de los plásticos más ligeros, pudiendo flotar en el agua, es uno de los plásticos más económicos y sus características de resistencia a la humedad favorecen para envolver y para hacer bolsas. Otros productos son: charolas para cubos de hielo, charolas para revelado, telas, material de envoltura, biberones, mangueras para jardín, cables coaxiales y partes aislantes para aplicaciones de alta frecuencia. Estos productos se pueden fabricar en moldeo por inyección, moldeo soplado o extruirse en láminas, películas, etc.
Polipropileno Puede ser procesado por todas las técnicas termoplásticas. Tiene excelentes propiedades eléctricas, alta resistencia al impacto y a la tensión, con buena resistencia a los productos químicos y al calor. Los monofilamentos de polipropileno se usan para hacer sogas, redes y telas, también se fabrican artículos para hospital y laboratorio, juguetes, muebles, etc.
Materiales Cerámicos El estudio de la cerámica consiste en una gran extensión de métodos para mitigar estos problemas y acentuar las potencialidades del material, así como ofrecer usos no tradicionales. Ejemplos de materiales cerámicos:
• Nituro de silicio (Si 3 N 4), utilizado como polvo abrasivo. • Carburo de boro (B4C), usado en algunos helicópteros y cubiertas de tanques. • Carburo de silicio (SiC), empleado en hornos microondas, en abrasivos y como material refractario.
• Diboruro de magnesio (Mg B 2), es un superconductor no convencional. • Óxido de zinc (ZnO), un semiconductor. • Ferrita (Fe 3 O 4) es utilizado en núcleos de transformadores magnéticos y en núcleos de memorias magnéticas.
6
-Procesos de Fabricación • Esteatita, utilizada como un aislante eléctrico. • Ladrillos, utilizados en construcción • Óxido de uranio (UO2), empleado como combustible en reactores nucleares • Óxido de itrio, bario y cobre (Y Ba 2 Cu 3 O 7 -x), superconductor de alta temperatura Los materiales cerámicos son generalmente iónicos o vidriosos. Casi siempre se fracturan ante esfuerzos de tensión y presentan poca elasticidad, dado que tienden a ser materiales porosos. Los poros y otras imperfecciones microscópicas actúan como entallas o concentradores de esfuerzo, reduciendo la resistencia a los esfuerzos mencionados. Tienen elevada resistencia a la compresión y son capaces de operar en temperaturas altas. Su gran dureza los hace un material ampliamente utilizado como abrasivo y como puntas cortantes de herramientas.
Estructura de los materiales Cerámicos Tienen baja conductividad eléctrica y térmica y son usados a menudo como aislantes. Son fuertes y duros, aunque frágiles y quebradizos. Nuevas técnicas de procesos consiguen que los cerámicos sean lo suficientemente resistentes a la fractura para que puedan ser utilizados en aplicaciones de carga. Dentro de este grupo de materiales se encuentran: el ladrillo, el vidrio, la porcelana, los refractarios y los abrasivos.
Cerámicos cristalinos Se obtienen a partir de sílice fundida. Tanto el proceso de fusión como el de solidificación posterior son lentos, lo que permite a los átomos ordenarse en cristales regulares. Presentan una gran resistencia mecánica y soportan altas temperaturas, superiores a la de reblandecimiento de la mayoría de los vidrios refractarios.
Cerámicos no cristalinos Se obtienen también a partir de sílice pero, en este caso, el proceso de enfriamiento es rápido, lo que impide el proceso de cristalización. El sólido es amorfo, ya que los átomos no se ordenan de ningún modo preestablecidos.
7
-Procesos de Fabricación Cerámicos Tradicionales Cerámicas muy complejas y ampliamente utilizadas •Productos de alfarería
•Ladrillos y tejas •Azulejos •Porcelana •Aislantes •Refractarios Componentes habituales: -Arcilla (cuerpo principal de cerámica: caolinita, montmorillonita) -Sílice (desengrasantes) -Feldespatos (fundentes)
Propiedades generales y aplicación de los Cerámicos En comparación con los metales, los cerámicos tienen las siguientes características relativas: fragilidad, alta resistencia mecánica y dureza a temperaturas elevadas, módulo de elasticidad elevado y tenacidad, densidad, dilatación térmica y conductividad térmica y eléctrica bajas. Sin embargo, en vista de la amplia diversidad de composiciones de material cerámico y de tamaños de grano, las propiedades mecánicas y físicas de os cerámicos varían significativamente. Por ejemplo la conductividad eléctrica de los cerámicos se puede modificar de mala a buena. En vista de su sensibilidad a los defectos y fallas, así como a las grietas superficiales e internas, a la presencia de diferentes tipos y niveles de impurezas y debido a métodos diferentes de manufactura, las cerámicas pueden tener una amplia gama de propiedades.
Aplicaciones de los cerámicos Los cerámicos tienen numerosas aplicaciones en productos de consumo e industriales. Se utilizan varios tipos de cerámicos en las industrias eléctrica y electrónica, debido a que tienen una resistividad eléctrica elevada, una resistencia dieléctrica alta y propiedades magnéticas adecuadas para aplicaciones tales como imanes para bocinas. Un ejemplo es la porcelana, que es una cerámica blanca compuesta de caolín, cuarzo y feldespato; su mayor uso se encuentra en aparatos domésticos y sanitarios. La capacidad de los cerámicos a conservar su resistencia y rigidez a temperaturas elevadas los hace atractivos para aplicaciones a temperaturas elevadas. Su resistencia al desgaste elevada, los hace adecuados para aplicaciones como camisas de cilindro, bujes, sellos y cojinetes. Las mayores temperaturas de operación posibles gracias al uso de
8
-Procesos de Fabricación componentes cerámicos significan una combustión más eficiente del combustible y una reducción en las emisiones de los automóviles.
Conclusión En general, un plástico es una material flexible, resistente, poco pesado y aislante de la electricidad y del calor. Se emplea mucho en la industria porque es fácil de fabricar y moldear, es económico, ligero y admite pigmentos de gran variedad de colores. Además, puede combinarse con otros materiales y mejorar así sus propiedades. Un plástico es un material que está formado por moléculas de gran longitud (macromoléculas) que se enredan formando una madeja. Aunque existen plásticos naturales, como la celulosa y el caucho, la gran mayoría de los plásticos son materiales sintéticos. Se obtienen de materias primas como el petróleo, el carbón o el gas natural. Aunque la inmensa mayoría se obtienen básicamente del petróleo. Como ya hemos visto, los plásticos tienen muchas ventajas: protegen los alimentos, permiten empacar al vacío, mantienen productos en buen estado por más tiempo, reduce el peso de los empaque, es económico, liviano, muy duradero y hasta buen aislante eléctrico y acústico. Pero tiene dos grandes inconvenientes al desecharlos: 1) Ocupan mucho volumen en relación con su peso. 2) Comparando el tiempo que tarda en descomponerse con el de otros productos es muy superior.
9
-Procesos de Fabricación Bibliografía
Todo Ingeniería Industrial (19-05-2015). Procesos de Fabricación unidad 4. Recuperado
de
https://todoingenieriaindustrial.wordpress.com/procesos-de-
fabricacion/
Scribd (19-05-2015). Procesos industriales de plásticos térmicos, compuestos y termofraguantes, y materiales cerámicos. Recuperado de http://es.scribd.com /doc/166313523/PROCESOS-INDUSTRIALES-DE-PLASTICOS-TERMICOSCOMPUESTOS-Y-TERMOFRAGUANTES-Y-MATERIALES-CERAMICOS-1#scribd
WordPress (19-05-2015). Plásticos. Recuperado de https://iesvillalbahervastecno logia.files.wordpress.com/2011/09/plasticos-tejina.pdf
10
