TRABAJO INDIVIDUAL PASO 7 MATERIALES INDUSTRIALES
Por MILDRETH CASTILLO ORTEGA – 1065863979 1065863979
GRUPO: 266599_2
Presentado a EDWARD FERNANDO TORO PEREA Tutor
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA ABRIL DE 2017
1. Completar el siguiente cuadro comparativo de lo s principales materiales. Material Densidad con respecto a los demás grupos de materiales. Conductividad eléctrica
Conductividad térmica
Tipo de enlace químico Ordenamiento atómico o formación de cristales.
Maleabilidad
Metálicos
Polímeros
Cerámicos
Compuestos
Poseen alta densidad.
Comparados con los metales y los materiales, poseen baja densidad.
Baja densidad.
Baja densidad.
Permiten el paso de la corriente eléctrica con facilidad; son, por tanto buenos conductores de la electricidad Está controlada por la movilidad de los electrones, únicos portadores de carga, que se mueven libremente debido a la ausencia de una brecha de energía Eg entre las bandas de valencia y de conducción. Presentan una gran conductividad térmica. Los portadores de energía térmica en los metales son los electrones. Para cada temperatura, existe una correlación de tipo lineal entre la conductividad térmica y eléctrica.
Su conductividad es bien baja. Se debe a que los electrones de valencia en este tipo de materiales toman parte en enlaces covalentes.
La mayoría no son conductores de cargas móviles, por lo que no son conductores de electricidad, cuando son combinados con fuerza, permite usarlos en la generación de energía y transmisión.
Depende del material matriz y el agente de refuerzo que se utilice.
Es baja.
Pobre conductor térmico.
Depende del material matriz y el agente de refuerzo que se utilice
Enlace metálico.
Covalente.
Enlaces covalente y iónico. Al igual que los metales y en cierta medida con los polímeros también poseen estructura cristalina y estructura amorfa producto de un rápido enfriamiento después de estar por encima del punto de fusión este tipo de materiales cerámicos amorfos reciben el nombre de vidrios
Covalente y fuerzas secundarias. Están formados por dos o más fases, una matriz continua que rodea a las demás fases que se denominan fases dispersas o agente de refuerzo y que se clasifican en función de su microestructura o geometría.
Su estructura atómica es ordenada. Sólo si se someten a velocidades de enfriamiento muy severas puede invertirse esta tendencia y obtenerse un metal amorfo. Cúbico espacial centrado. Cúbico centrado en las caras. Hexagonal compacto.
No poseen estructuras cristalinas como los metales y sus aleaciones. En su mayoría, los polímeros tienen una estructura amorfa (del tipo vidrio); sin embargo, algunos polímeros lineales y de reticulado raro, pueden formar zonas rigurosamente ordenadas, es decir, tienen parcialmente una estructura cristalina, lo que conduce a la elevación de la resistencia mecánica, dureza y estabilidad térmica. Pueden ser modificados en Son maleables al Poseen buena
Presentan buena
Tipo de enlace químico Ordenamiento atómico o formación de cristales.
Maleabilidad
Dureza
Maquinabilidad
Resistencia a la corrosión
Enlace metálico.
Covalente.
Su estructura atómica es ordenada. Sólo si se someten a velocidades de enfriamiento muy severas puede invertirse esta tendencia y obtenerse un metal amorfo. Cúbico espacial centrado. Cúbico centrado en las caras. Hexagonal compacto.
Enlaces covalente y iónico. Al igual que los metales y en cierta medida con los polímeros también poseen estructura cristalina y estructura amorfa producto de un rápido enfriamiento después de estar por encima del punto de fusión este tipo de materiales cerámicos amorfos reciben el nombre de vidrios
No poseen estructuras cristalinas como los metales y sus aleaciones. En su mayoría, los polímeros tienen una estructura amorfa (del tipo vidrio); sin embargo, algunos polímeros lineales y de reticulado raro, pueden formar zonas rigurosamente ordenadas, es decir, tienen parcialmente una estructura cristalina, lo que conduce a la elevación de la resistencia mecánica, dureza y estabilidad térmica. Pueden ser modificados en Son maleables al Poseen buena su forma y aun ser calentarse. maleabilidad. reducidos a láminas de poco espesor a temperatura ambiente, por presión continua, martillado o estirado. La mayoría de los metales Algunos polímeros Dureza extremadamente son duros, esta propiedad poseen elevada dureza, alta, comparado con los
se debe a que sus moléculas se encuentran muy juntas unas de otras. Cada metal tiene un punto de congelación distinto es por eso que no todos los metales son duros. No se rayan ni pueden perforarse fácilmente; además resisten los esfuerzos a los que son sometidos. Los materiales duros son generalmente más difíciles de mecanizar pues requieren una fuerza mayor para cortarlos Baja resistencia a la corrosión. Tienden a tener energías de ionización bajas y por tanto se oxidan.
Covalente y fuerzas secundarias. Están formados por dos o más fases, una matriz continua que rodea a las demás fases que se denominan fases dispersas o agente de refuerzo y que se clasifican en función de su microestructura o geometría.
Presentan buena maleabilidad.
Alta dureza.
como es el caso del polietileno. Pueden ser rígidos o flexibles
metales y polímeros. Por lo general son frágiles de baja ductilidad.
Poseen alta Maquinabilidad.
En su mayoría son moldeables y maquinables.
Poseen ligereza, así que son maquinables.
Poseen una alta resistencia a la corrosión, debido a que no poseen como en el caso de los metales y aleaciones materiales metálicos que al
Gran resistencia a la corrosión y al uso.
Resistentes a la corrosión.
Maquinabilidad
Resistencia a la corrosión
se debe a que sus moléculas se encuentran muy juntas unas de otras. Cada metal tiene un punto de congelación distinto es por eso que no todos los metales son duros. No se rayan ni pueden perforarse fácilmente; además resisten los esfuerzos a los que son sometidos. Los materiales duros son generalmente más difíciles de mecanizar pues requieren una fuerza mayor para cortarlos Baja resistencia a la corrosión. Tienden a tener energías de ionización bajas y por tanto se oxidan.
como es el caso del polietileno. Pueden ser rígidos o flexibles
metales y polímeros. Por lo general son frágiles de baja ductilidad.
Poseen alta Maquinabilidad.
En su mayoría son moldeables y maquinables.
Poseen ligereza, así que son maquinables.
Poseen una alta resistencia a la corrosión, debido a que no poseen como en el caso de los metales y aleaciones materiales metálicos que al combinarse o estar en contacto con el oxígeno del aire faciliten la formación de óxidos
Gran resistencia a la corrosión y al uso.
Resistentes a la corrosión.
Gran resistencia al ambiente y a los agentes químicos.
Poseen resistencia química.
Buena Refractariedad por su resistencia al calor. El proceso de moldeado se clasifica en función de la consistencia o fluidez de la pasta empleada.
Tenacidad a temperatura ambiente y a altas temperaturas. Varía según los materiales involucrados.
Ocurre Alta resistencia. No Resistencia al ataque Baja. principalmente por ataque reaccionan con ácidos. químico electroquímico, ya que los
Refractariedad
metales tienen electrones libres que son capaces de establecer pilas electroquímicas dentro de los mismos. (pierden electrones) cuando sufren reacciones químicas Alta resistencia.
Facilidad de moldeado
Varía según el proceso. Se moldean con facilidad.
Se moldean a temperaturas más bajas; es decir poseen más bajo punto de fusión a comparación de los metales.
Reciclabilidad
La mayor parte de los metales que existen pueden fundirse y volver a procesare creando nuevos metales
Su finalidad es la Son difíciles de reciclar, reutilización directa, el debido a sus aprovechamiento como propiedades físicas, a materia prima para la excepción del vidrio. fabricación de nuevos productos y su
Poseen baja Refractariedad.
Su Reciclabilidad dependerá de los materiales que se unan.
Refractariedad
metales tienen electrones libres que son capaces de establecer pilas electroquímicas dentro de los mismos. (pierden electrones) cuando sufren reacciones químicas Alta resistencia.
Facilidad de moldeado
Varía según el proceso. Se moldean con facilidad.
Se moldean a temperaturas más bajas; es decir poseen más bajo punto de fusión a comparación de los metales.
Reciclabilidad
La mayor parte de los metales que existen pueden fundirse y volver a procesare creando nuevos metales
Su finalidad es la Son difíciles de reciclar, reutilización directa, el debido a sus aprovechamiento como propiedades físicas, a materia prima para la excepción del vidrio. fabricación de nuevos productos y su conversión como combustible o como nuevos productos químicos.
Poseen baja Refractariedad.
Buena Refractariedad por su resistencia al calor. El proceso de moldeado se clasifica en función de la consistencia o fluidez de la pasta empleada.
Tenacidad a temperatura ambiente y a altas temperaturas. Varía según los materiales involucrados.
Su Reciclabilidad dependerá de los materiales que se unan.
2. El proceso de polimerización o fraguado ocurre de dos maneras una la llamada polimerización de adición en la cual un compuesto orgánico insaturado (con la presencia de por lo menos un enlace doble en su cadena hidrocarbonada o principal) es atacado por otra sustancia o peróxido en el cual el lugar donde existe el enlace covalente doble es roto dejando una pareja de electrones libres en la molécula los cuales quedan listos para permitirle a la molécula unirse a otras que presentan la misma circunstancia y propagarse de manera que al final la molécula aumenta su tamaño molecular miles de veces y el efecto es la solidificación del material.
Presentar las formular en forma de reacción química con productos intermedios para la conformación de los siguientes polimeros por adición.
polietileno
Una molécula del polietileno no es nada más que una cadena larga de átomos de carbono, con dos átomos de hidrógeno unidos a cada átomo de carbono.
2. El proceso de polimerización o fraguado ocurre de dos maneras una la llamada polimerización de adición en la cual un compuesto orgánico insaturado (con la presencia de por lo menos un enlace doble en su cadena hidrocarbonada o principal) es atacado por otra sustancia o peróxido en el cual el lugar donde existe el enlace covalente doble es roto dejando una pareja de electrones libres en la molécula los cuales quedan listos para permitirle a la molécula unirse a otras que presentan la misma circunstancia y propagarse de manera que al final la molécula aumenta su tamaño molecular miles de veces y el efecto es la solidificación del material.
Presentar las formular en forma de reacción química con productos intermedios para la conformación de los siguientes polimeros por adición.
polietileno
Una molécula del polietileno no es nada más que una cadena larga de átomos de carbono, con dos átomos de hidrógeno unidos a cada átomo de carbono.
El Polietileno se obtiene de la polimerización del etileno (de fórmula química CH2=CH2 , conocido como eteno. Con el fin de abreviar su escritura se presenta así: (C2H4)nH2
Polivinilcloruro
Es el producto de la polimerización del monómero de cloruro de vinilo. (C2H3Cl)n2 El átomo de cloro enlazado a uno de cada dos átomos de carbono le confiere características amorfas principalmente e impiden su recristalización.
polipropileno
Se obtiene de la polimerización del propileno.
Por su mecanismo de polimerización, el PP es un polímero de reacción en cadena. Por su composición química es un polímero vinílico (cadena principal formada exclusivamente por átomos de carbono) y en particular una poliolefina. -(C3H6)-n
Poli estireno
Es un polímero termoplástico que se obtiene de la polimerización del estireno monómero.
3.
La otra forma de polimerización es la de condensación en la cual en el proceso se libera una molécula de agua, es el caso de los polímeros que conforman a los seres vivos como es el caso de las proteínas, los ácidos nucleicos y el glucógeno. Presentar el proceso de polimerización por adición con
Nylon
En la obtención del nylon 6,6 (poliamida) a partir de cloruro de adipoilo y hexametilen diamina, cada átomo de cloro del cloruro de adipoilo juntamente con uno de los átomos de hidrógeno de la amina, son expulsados como HCl gaseoso (cloruro de hidrógeno). Debido a que ahora hay menos masa en el polímero que en los monómeros originales, decimos que el polímero está condensado con respecto a los monómeros. El subproducto, ya sea HCl gaseoso, agua o cualquier otro, se denomina condensado.
Polipéptido
Hace referencia a una molécula con más de diez unidades de aminoácidos. El proceso biológico de producción de polipéptidos (proteínas) se conoce como biosíntesis de proteínas .
Los aminoácidos forman una proteína a través de un enlace peptídico, enlace entre un carbono del grupo carboxilo y un grupo amino. Las proteínas son poliamidas. El enlace amida (-CONH-) entre un aminoácido y otro aminoácido se denomina enlace peptídico. Se puede observar que sigue existiendo un grupo amino reactivo a la izquierda y un grupo carboxilo a la derecha.
proteína (Que en el caso industrial, los materiales a base de proteínas son la lana y el algodón)
El algodón está formado por fibras de celulosas, La celulosa se encuentra en la madera y en los tallos de muchas plantas, y se emplean para hacer telas y papel.
Almidón (el cual es utilizado en ciertos materiales como es el caso de algunos materiales sintéticos).
El almidón es, junto con la celulosa, la mayor reserva de carbohidratos (polisacáridos) en el mundo natural. Está compuesto por dos polisacáridos (amilosa y amilopectina) que constituyen una unidad de glucosa. Una cadena molecular de almidón puede estar conformada por 500 a 2000 monómeros de glucosa.
Un polímero derivado del almidón es un material termoplástico resultado del proceso del almidón por medios químicos, térmicos o mecánicos. Son biodegradables e incinerables y debido a su bajo costo de producción son una atractiva alternativa frente a polímeros basados en productos petroquímicos. Presentan la capacidad de poder combinarse con otros copolímeros, dando productos flexibles como el polietileno, así como también productos rígidos como el poliestireno.
4. Realice una comparación entre los termoplásticos, polímeros termoestables, elastómeros, tenga en cuenta propiedades mecánicas en general, límites de fluencia, facilidad de reciclaje y aumento de la vida útil de estos materiales
Materiales
Definición
Propiedades mecánicas
Hacen referencia al conjunto de *Pueden derretirse materiales que están formados antes de pasar a un por polímeros que se encuentran estado gaseoso. unidos mediante fuerzas *Permiten una intermoleculares o fuerzas de Van der deformación waals, formando estructuras lineales plástica cuando son o ramificadas calentados.
Termoplásticos
Polímeros termoestables
Límites fluencia Buena resistencia fenómeno fluencia.
de Facilidad reciclaje
de aumento de la vida útil
Reciclables. al de
*Son solubles en ciertos solventes. *Comparado con los metales, poseen una resistencia a la tensión baja, cerca del 10% con respecto a la de los metales; este hecho puede limitar posibles aplicaciones en el campo industrial. Reciben también el nombre de *Resistentes a la termofraguantes o termofijos y son permeación de gases aquellos que solamente son blandos o "plásticos" al calentarlos por primera *Son materiales de vez. alta rigidez Después de enfriados no pueden recuperarse para transformaciones *En su mayoría son posteriores. frágiles, debido a su rigidez excesiva
(prácticamente sin ductilidad) *Capaces de soportar altas temperaturas
Materiales poliméricos que poseen como característica principal, el dejarse estirar y luego cuando se dejan de someter a esfuerzos recobran nuevamente su dimensión original. Los materiales elastómeros pueden disponer de unas características o propiedades semejantes a los materiales termoestables o a los materiales termoplásticos, así pues podemos clasificar los materiales
*No
se
pueden
derretir, antes de derretirse pasan a un estado gaseoso *Se hinchan ante la resencia de ciertos solventes
Alta resistencia Nula capacidad de al fenómeno de reciclaje dado a fluencia que una vez han solificado o curado es imposible volver a una fase líquida del material, los materiales
El plástico pierde algunas de sus propiedades originales, por lo que hay que agregarle una serie de aditivos para que las recuperen. Debido a todo lo descrito anteriormente se están realizando grandes esfuerzos para desarrollar polímeros biodegradables con el fin de ofrecer otras alternativas a los polímeros convencionales.
Obtener una especie de polímero termoestable que podía dividirse de nuevo, no mediante calentamiento, sino mediante su disolución en ácido fuerte para darle una nueva forma posteriormente
termoestables tienen la propiedad de no fundirse o deformarse en presencia de temperatura o calor, antes pasarán a un estado gaseoso que a un estado líquido. Menor Difíciles de Para hacer que los resistencia al reciclar. elastómeros sean fenómeno de reciclables, necesitamos fluencia que los encontrar un modo de termoplásticos. mantener las moléculas unidas mientras el caucho se está utilizando y que luego permita que las mismas se separen cuando el caucho se procesa.
(prácticamente sin ductilidad) *Capaces de soportar altas temperaturas
Elastómeros
Materiales poliméricos que poseen como característica principal, el dejarse estirar y luego cuando se dejan de someter a esfuerzos recobran nuevamente su dimensión original. Los materiales elastómeros pueden disponer de unas características o propiedades semejantes a los materiales termoestables o a los materiales termoplásticos, así pues podemos clasificar los materiales elastómeros en: Elastómeros termoestables: son aquellos elastómeros que al calentarlos no se funden o se deforman.
*No
se
pueden
derretir, antes de derretirse pasan a un estado gaseoso *Se hinchan ante la resencia de ciertos solventes
termoestables tienen la propiedad de no fundirse o deformarse en presencia de temperatura o calor, antes pasarán a un estado gaseoso que a un estado líquido. Menor Difíciles de Para hacer que los resistencia al reciclar. elastómeros sean fenómeno de reciclables, necesitamos fluencia que los encontrar un modo de termoplásticos. mantener las moléculas unidas mientras el caucho se está utilizando y que luego permita que las mismas se separen cuando el caucho se procesa.
*Generalmente nsolubles. Son
flexibles
y
elásticos.
Elastómeros termoplásticos: son aquellos elastómeros que al calentarlos se funden y se deforman.
5. Realice un mapa conceptual de los materiales cerámicos donde coloque las características más importantes de cada tipo y subtipo .
5. Realice un mapa conceptual de los materiales cerámicos donde coloque las características más importantes de cada tipo y subtipo .
6. Con respecto a las fibras en especial la de vidrio, investigue un proceso de fabricación de cualquier utensilio de la cotidianidad en el cual se utilice la fibra de vidrio y describa brevemente el proceso reflexionando de la forma como se conforman los materiales compuestos. Silla Plástico reforzada con fibra de vidrio. El proceso para la fabricación de la silla consta de las siguientes etapas. -
Aplicación de Gel Coat: Una vez hecha una limpieza exhaustiva al molde se le realiza, utilizando pistola de aire un cubrimiento con una capa de gel coat, este es una resina viscosa realizado a base de macromoléculas organicas pigmentadas y estireno, mezclados con un catalizador que favorece la reacción de polimerización. Esta resina definirá el color final de la pieza. El espesor de la capa de gel-coat oscila entre 0,5 mm y 0,6 mm llegándose en algunos procesos a espesores de 0,8 mm. Esta primera capa será finalmente la parte visible de la pieza fabricada. Cuando el gel-coat está completamente seco, se inicia la etapa de laminación.
6. Con respecto a las fibras en especial la de vidrio, investigue un proceso de fabricación de cualquier utensilio de la cotidianidad en el cual se utilice la fibra de vidrio y describa brevemente el proceso reflexionando de la forma como se conforman los materiales compuestos. Silla Plástico reforzada con fibra de vidrio. El proceso para la fabricación de la silla consta de las siguientes etapas. -
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Aplicación de Gel Coat: Una vez hecha una limpieza exhaustiva al molde se le realiza, utilizando pistola de aire un cubrimiento con una capa de gel coat, este es una resina viscosa realizado a base de macromoléculas organicas pigmentadas y estireno, mezclados con un catalizador que favorece la reacción de polimerización. Esta resina definirá el color final de la pieza. El espesor de la capa de gel-coat oscila entre 0,5 mm y 0,6 mm llegándose en algunos procesos a espesores de 0,8 mm. Esta primera capa será finalmente la parte visible de la pieza fabricada. Cuando el gel-coat está completamente seco, se inicia la etapa de laminación. Laminado-Moldeado: Se forma el cuerpo de la pieza, utilizando la fibra de vidrio y una resina de poliéster que sirve para unir o mezclar materiales utilizados. La fibra de vidrio tiene un espesor de 1mm, por lo tanto se aplican de 4 a 5 capas para dar a la silla un espesor entre 4 y 5 mm. Esta operación se realiza generalmente de forma manual para la fabricación de piezas grandes. Para el laminado se debe preparar una mezcla o gel a base de resina, estireno y un sistema catalítico compuesto por “catalizador” y “acelerador”. Se define el tiempo de gel como aquél que transcurre desde la adición del catalizador hasta que la resina adquiere una consistencia gelatinosa. Este tiempo varía en función de la temperatura y la dosificación del catalizador y acelerador. Una vez obtenida la consistencia adecuada, se procede generalmente al laminado. Polimerización o curado: Aquí las moléculas de estireno, a través de sus dobles enlaces, se unen a las instauraciones del polímero formando un compuesto reticulado tridimensional, transformando la resina de líquido en sólido- se genera una fuerte reacción exotérmica. Desmoldeo y Pulido: Aquí se eliminan del contorno de la pieza las rebabas de la fibra y demás sobrantes del moldeado.
7. Realice una reflexión corta sobre las perspectivas de desarrollo y aplicación de nuevos materiales en Colombia. Colombia, desde hace varias décadas, está a la búsqueda de estrategias económicas y sociales que le permitan salir del grupo de naciones tecnológicamente dependientes, caracterizadas por la compra de tecnología, la venta de materias primas (commodities) sin valor agregado, las ventajas competitivas de Colombia son
resultado del bajo costo de factores productivos, como la mano de obra y la explotación y venta de recursos naturales (commodities). El sector que se ocupa de la transformación de materiales, no tiene tradición de investigación y desarrollo. El interés por el desarrollo de nuevos materiales (cerámicas avanzadas, polímeros, compuestos, aleaciones, materiales alternativos, entre otros) y nuevas técnicas de procesamiento (plasma, láser, entre otras) ha estado relegado al entorno académico. En el área industrial relacionada con recubrimientos y tratamientos superficiales de metales y aleaciones hay avances importantes en la aplicación de tecnologías a plasma, que pueden generar mayor competitividad al sector; sin embargo, no se percibe una actitud generalizada hacia el cambio para esas nuevas tecnologías. Este lento desarrollo se puede atribuir, entre otras razones, a la ausencia de profesionales e investigadores en el área de ingeniería de materiales que se ocupen del desarrollo y adaptación de técnicas y procesos productivos; las relaciones básicas que gobiernan el desempeño de los materiales y productos no han sido apropiadas por el sistema productivo.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Groover Mikell P. Fundamentos de manufactura. (3a ed.) McGraw-Hill Interamericana. Año 2007. Página 142. (Materiales Polímeros), Recuperado de: http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2053/book.aspx?i=367 Groover Mikell P. Fundamentos de manufactura. (3a ed.) McGraw-Hill Interamericana. Año 2007. Página 662. (Materiales Cerámicos), Recuperado de: http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2053/book.aspx?i=367 Groover Mikell P. Fundamentos de manufactura. (3a ed.) McGraw-Hill Interamericana. Año 2007. Página 662. (Materiales Compuestos), Recuperado de:http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2053/book.aspx?i=367 Nuevos materiales y aplicaciones - Portada - Revista Virtual Pro.Recuperado de www.revistavirtualpro.com/revista/nuevos-materiales-y-aplicaciones
