Els plàstics

El plàstic és un material flexible, resistent, poc pesant i aïllant de l’electricitat i de la calor.

objectes quotidians

Estris de cuina

Joguines

Hivernacles

Atraccions

Peces de vestir

Plàstics

Unitat 1

Propietats dels plàstics

El plàstic és molt utilitzat en la indústria perquè és fàcil de fabricar i modelar, és econòmic, lleuger i admet pigments de gran varietat de colors. A més, es pot combinar amb altres materials i millorar així les seves propietats.

Resistència mecànica. Els plàstics resulten molt resistents i encara més si tenim en compte la seva lleugeresa.

Plasticitat. Molts plàstics s’estoven amb la calor i són fàcilment emmotllables sense que s’arribin a fondre. Això permet fabricar peces de formes complicades.

Combustibilitat. La majoria dels plàstics cremen amb facilitat, ja que les seves molècules es componen de carboni i hidrogen.

Conductivitat elèctrica. Els plàstics condueixen malament l’electricitat. Aquesta característica permet que s’utilitzin com a aïllants elèctrics, per exemple, en el recobriment de cables.

Conductivitat tèrmica. Els plàstics tenen una baixa conductivitat tèrmica. Solen ser materials aïllants: transmeten la calor molt lentament. Per això s’utilitzen alguns plàstics, com la baquelita, en els mànecs de les bateries de cuina.

Monòmers

la majoria dels plàstics són materials sintètics. Els monòmers s’obtenen de matèries primeres com el petroli, el carbó o el gas natural. Per fabricar un plàstic cal enllaçar els monòmers entre ells per formar el polímer. Aquest procés s’anomena reacció de polimerització. S’aconsegueix mitjançant reaccions químiques d’algunes substàncies en determinades condicions de pressió i temperatura.

1.Un plàstic està format per molècules de gran longitud o macromolècules que s’enreden formant una troca.

2.En cada macromolècula es repeteix una combinació d’àtoms anomenats monòmers. La unió de molts d’ells forma el polímer.

3.Els monòmers estan constituïts principalment per àtoms de carboni i d’hidrogen.

Unitat 2

Termoplàstics

Es deformen amb la calor.

Poden ser processats diverses vegades sense perdre les seves propietats. És a dir, són reciclables.

Se solidifiquen quan es refreden.

Distingir tipus de termoplàstics

Fes un assaig per distingir alguns tipus de termoplàstics:

Agafa els objectes plàstics següents: un CD, un tros d’una mànega, un recipient
de menjar, una bossa d’escombraries, una xeringa i una safata d’aliments frescos.
Amb molta cura i subjectant-los amb unes pinces intenta cremar-los.

Exemples:

CD

Resultat en aplicar-hi calor: No crema.

Tipus de termoplàstic:PC (policarbonat)

MÀNEGA

Resultat en aplicar-hi calor:Lleugera flama i s’apaga.

Tipus de termoplàstic:PVC (policlorur de vinil)

TÀPER

Resultat en aplicar-hi calor:Es crema i goteja. No brilla.

Tipus de termoplàstic:HDPE (polietilè d’alta densitat)

BOSSES D'ESCOMBRARIES

Resultat en aplicar-hi calor:Es crema i goteja. No brilla.

Tipus de termoplàstic:LDPE (polietilè de baixa densitat)

XERINGA

Resultat en aplicar-hi calor:Es crema, però no goteja (olor de cera).

Tipus de termoplàstic:PP (polipropilè)

SAFATES DE POLIESTIRÈ

Resultat en aplicar-hi calor:Crema fàcilment i es produeixen uns sons repetits, ràpids i secs, és a dir, crepita.

Tipus de termoplàstic:PS (poliestirè)

Plàstics termoplàstics

Polietilè tereftalat (PET)

Propietats Transparent.
Impermeable a components gasosos.
Resistent a la corrosió.
No sura a l’aigua.

Aplicacions Ampolles d’aigua.
Ampolles de begudes carbòniques.
Fibres tèxtils.

Polietilè de baixa densitat (LDPE)

Propietats Transparent.
Més flexible i menys rígid que l’HDPE.
Lleuger.
Baix cost.
Sura a l’aigua.

Aplicacions Safates.
Bosses d’escombraries.
Capses de plàstic tou.

Polipropilè (PP)

Propietats Incolor i inodor.
Més dur i menys flexible que el polietilè (PE).
Resistent a la humitat i a la calor.
Sura a l’aigua.

Aplicacions Canonades.
Carpetes.
Bijuteria.
Xeringues.
Taps i tapadores.

Poliestirè (PS)

Propietats Inodor i insípid.
Opac o transparent (segons el tipus).
Relativament fràgil.
El poliestirè (PS) no sura a l’aigua, en canvi el poliestirè expandit (EPS) sí.

Aplicacions Safates d’aliments frescos (suro blanc).
Envasos de iogurts.
Carcasses per a
electrodomèstics.

Policarbonats (PC)

Propietats Transparent.
Resistent a la corrosió.
Dues-centes vegades més resistent que el vidre.
No condueix la calor ni l’electricitat.
No sura a l’aigua.

Aplicacions CD.
Visors per a cascos protectors.
Ulleres.
Aïllant.

Metacrilats (PMMA)

Propietats Transparent.
Dur.
Rígid.
Més resistent a impactes que el vidre.

Aplicacions Vidres d’avions i vaixells.
Anuncis lluminosos.
Llums dels automòbils.

Politetrafluoroetilè (PTFE) (tefló)

Propietats Resistent a agents químics agressius.
Molt bon aïllant elèctric.
Resistent a la calor.
Propietats antiadherents.
Car.

Aplicacions Antiadherent en paelles i cassoles.
Aïllant de cables d’altes temperatures.
Aplicacions criogèniques.

Termoestables

Els plàstics termoestables pateixen un procés per donar-los forma aplicant-hi pressió o calor anomenat curació.

Són rígids.
Són més resistents a les temperatures que els termoplàstics.
Són fràgils.
No es poden reciclar mitjançant calor.
Es poden combinar amb altres materials i formar materials compostos amb millors propietats.

Plàstics termoestables

Fenols (PF)

Propietats Molt resistents.
Elevada resistència a la corrosió química.
Es fabriquen en pocs colors, normalment negre o marró.
Bons aïllants elèctrics i tèrmics.

Aplicacions Dispositius elèctrics.
Connectors.
Botons.
Laminats per a taulers.
Contraplacats.
Coles i adhesius.
Mànecs d’estris de cuina.

Amines (MF)

Propietats Es combinen amb farcits de cel·lulosa, i s’obtenen productes barats amb bona rigidesa i resistència a l’impacte.

Aplicacions Adhesius.
Resines d’unió per a taulers contraplacats.
Bucs de vaixells.
Recobriments per a paper.

Resines de polièster (UP)

Propietats Es combinen amb fibres de vidre i formen materials compostos de gran resistència: plàstics reforçats amb fibra de vidre (PRFV).

Aplicacions Panells de cotxes.
Peces de carrosseria.
Esquís.
Canyes de pescar.

Resines epoxídica (EP)

Propietats Tenen bona adhesió sobre els materials.
Bona resistència química i mecànica.
Són bons aïllants elèctrics.

Aplicacions Revestiments de llaunes d’aliments.
Bidons.
Adhesius.

Elastòmers

Les macromolècules dels plàstics elastòmers formen una xarxa capaç de contreure’s i estirar-se quan aquests materials són comprimits o estirats, i fins i tot es poden desplaçar unes cadenes polimèriques sobre les altres.

Són molt elàstics.
No suporten bé la calor i es degraden a temperatu- res mitjanes.
No és possible reciclar-los per calor.

Plàstics elastòmers

Cautxús (CA)

Propietats Molt flexibles.
Resistents.

Aplicacions Pneumàtics.
Cilindres d’impressores i impremtes.
Tubs flexibles en premses hidràuliques.
Soles de sabates.

Neoprens (PCP)

Propietats Més resistents que el cautxú, però menys flexibles.
Aïllant tèrmic.

Aplicacions Corretges industrials.
Recobriments de cables.
Vestits de busseig.

Poliuretans (PUR)

Propietats Són durs.
Resistents a l’abrasió.
Flexibles.
Poden presentar també la forma d’escumes.

Aplicacions Peces de vestir elàstiques
(espàndex o elastà).
Cintes transportadores de
la indústria.
Mànegues d’aigua.
Rodes industrials.
En forma d’escuma per
a seientsi matalassos.

Silicones (SI)

Propietats No es degraden.
No s’oxiden.
Flexibles.

Aplicacions Hules.
Aplicacions resistents a l’aigua.
Pròtesis mèdiques.
Segellament de juntures.

Classificació dels plàstics

TEMA 6 NOUS MATERIALS

Unidad 3

Hi ha molts mètodes industrials més complicats per a la fabricació de plàstics, però el procés general es pot resumir de la forma següent. El monòmer és introduït en una màquina anomenada reactor, juntament amb un dissolvent i un catalitzador o activador de la reacció química, a una pressió i temperatura controlades. Observa un esquema del procés:

Obtenir un plàstic. Alcohol polivinílic

1.Posa una cullerada de cola blanca en un got i dissol-la amb una altra cullerada d’aigua fins que obtinguis una dissolució homogènia.

2.Afegeix-hi dues cullerades d’alcohol de 96o i agita-ho suaument. Afegeix-hi una mica més d’alcohol si cal i continua agitant.

3.Analitza l’aspecte de la solució. Has obtingut un gel molt viscós.

4.Afegeix-hi aigua perquè no se t’enganxi. Fes una pilota i deixa-la assecar.

Obtenció del material plàstic

Unitat 4

Els grànuls o boletes de material plàstic obtinguts en la fase de fabricació es processen i s’emmotllen per convertir-los en làmines, tubs o peces definitives de l’objecte. Per fer-ho se segueixen diferents tècniques.

Totes les tècniques de processament tenen en comú que és necessari escalfar el plàstic i introduir-lo en un motlle. La diferència entre cadascuna d’elles està en la manera de donar forma al polímer.

Emmotllament per injecció

Amb aquest mètode es fabriquen carcasses d’objectes i peces complexes, com ara taps de bolígrafs, cubs, plats... Observa el procés de fabricació del tap d’un bolígraf:

Extrusió

S’obtenen peces contínues, de gran longitud i poca secció. Si seguim amb l’exemple del bolígraf, observa com es fabrica el tub hexagonal per a la carcassa o el rodó per a la tinta:

Emmotllament per bufament

La tècnica d’emmotllament per bufament de plàstics en la indústria s’utilitza per fabricar peces buides, com ara ampolles, recipients, etc.

Emmotllament per compressió

Amb aquest sistema es poden fabricar peces molt grosses, tot i que no gaire complicades, com el davantal dels automòbils.

Emmotllament al buit

Aquesta tècnica és apropiada per emmotllar peces de poc gruix, com ara safates.

Laminatge

Quan es volen aconseguir làmines fines, s’utilitza el procés de laminatge per extrusió amb bufament.

Filatura

Aquest procés és l’habitual per obtenir els fils de les fibres tèxtils sintètiques amb què s’elaboren tota mena de peces.

Processament del material plàstic

Treball amb plàstics al taller

Unitat 5

Quan treballem al taller amb materials plàstics, hem de tenir en compte les propietats del plàstic que farem servir, perquè l’eina que s’utilitzarà depèn del tipus de plàstic. En general, el material plàstic serà subministrat en forma de planxes, làmines o tubs.

Marcar, subjectar i tallar

Marcar
Els talls i doblecs de planxes es poden marcar amb un llapis blanc o amb un retolador indeleble. Si les planxes són fines, també podem marcar amb un cúter. Quan hàgim de fer talls sobre peces tridimensionals, caldrà enganxar cinta, que no desenganxarem fins que no s’hagin completat el tallat i l’acabat.

Subjectar
Per subjectar el material s’utilitzen les eines tradicionals: el serjant o el cargol de taula.

Tallar
La forma de realitzar aquesta operació depèn del tipus de plàstic que s’utilitzi i de la seva forma de presentació: si les planxes són molt fines es poden tallar amb tisores o cúter, com si es tractés de paper o de cartró. Ara bé, si són gruixudes cal utilitzar la serra d’arc per a metall. Per tallar peces tridimensionals podem usar també una serreta.

Talla per la marca amb una serreta.

Marca amb un llapis tou.

Subjecta-la al banc. Marc amb el cúter i després exerceix una petita pressió.

Desbastar, trepar, doblegar i corbar, unir

Desbastar
Els plàstics són molt tous i es rasquen fàcilment, així és que hem de ser curosos durant aquest procés si no volem convertir un plàstic transparent en translúcid.

Llimes. Serveixen les mateixes que es fan servir per a la fusta.

Llimes d’aigua. Es poden usar seques o mullades. Si s’utilitzen mullades, l’aigua actua com a lubricant i millora l’acabat superficial.

Trepar
Si la planxa és fina, es fa servir el filaberquí. Si és gruixuda, el trepant amb broques per a metalls. En el cas del metacrilat cal lubricar amb oli.

Doblegar i corbar
Un procediment molt útil per doblegar planxes fines o tubs és aplicar calor a la zona per on les doblegarem.

Unir
Per unir plàstics hem de fer servir l’adhesiu adequat, perquè en alguns casos la goma d’enganxar és incompatible amb el tipus de plàstic. La superfície ha d’estar seca i neta de pols, greix o brutícia. Observa la taula:

Producte

Cola blanca

Materials plàstics Poliestirè (PS).
Poliestirè expandit (EPS).
Poliuretà expandit (PUR).

Ús i característiques Es pot aplicar directament o diluïda en aigua.
El resultat és una unió ferma i duradora.
Temps d’unió: 24 h.

Goma de cianoacrilat

Materials plàstics Cautxú.
Metacrilat (PMMA).
Poliestirè (PS).
Policarbonat (PC).
Polietilè (PE).
Polipropilè (PP).

Ús i característiques El seu avantatge principal és que endureixen molt ràpid. Són cares, però se’n necessita poca quantitat. Un excés de producte afebleix la unió.
Temps d’unió: 3 min.

Cola de contacte de cautxú

Materials plàstics Cautxú.

Ús i característiques S’ha d’aplicar cola a les dues superfícies que es volen unir i deixar assecar per separat. Quan es noten seques al tacte, s’uneixen aplicant pressió.
Temps d’unió: 2 min.

Goma de làtex

Materials plàstics Cautxú.
Poliestirè expandit (EPS).
Poliuretà expandit (PUR).

Ús i característiques Es tracta de cautxú en solució aquosa. Té l’aspecte de la cola blanca i es pot aplicar amb pinzell.
Temps d’unió: 24 h.

Goma epoxídica

Materials plàstics Cautxú.
Metacrilat (PMMA).
Poliestirè (PS).
Poliuretà expandit (PUR).

Ús i característiques És una goma molt versàtil que omple molt bé els buits i uneix materials tant porosos com no porosos.
Temps d’unió: 24 h.

Cola termofusible

Materials plàstics PVC.
Metacrilat (PMMA).
Poliestirè (PS).
Policarbonat (PC).

Ús i característiques Són barres de polietilè que es fonen per efecte de la calor. S’apliquen amb pistola tèrmica.
Temps d’unió: 2 min.

Unitat 6

Les fibres tèxtils

Les fibres tèxtils són filaments que es filen o es trenen, es tenyeixen i s’entreteixeixen per formar draps o teles. Les fibres poden ser naturals o sintètiques.

Fibres Naturals

s’obtenen de matèries primeres que es troben en la natura, com la llana animal, la llavor del cotó o la tija del lli.

Llana

d’origen animal. És el pèl d’animals ovins que són esquilats periòdicament.

Resistent.
Elàstica.
No s’arruga.

Peces d’abric.

Seda

d’origen animal. S’obté del capoll del cuc de seda. De cada capoll surt una fibra que es fila amb quatre més per formar un fil.

És l’única fibra contínua de la natura.
Es pot rentar i tenyir.

Teixits fins i cars.
Fundes de sacs per dormir.
Es pot utilitzar com a llenç per pintar.

Cotó

d’origen vegetal. És una llavor que es recol·lecta a mà o a màquina.

Fibra que encongeix amb la rentada.
Transpira bé.
No produeix al·lèrgies.

Pantalons texans.
Camises.
Mitjons.

Fibres sintètiques

s’obtenen mitjançant processos químics. Per exemple, el niló, el polièster i l’elastà.

Niló

Polímer termoplàstic de la família de les poliamides.

Més fort que qualsevol fibra natural.
Molt flexible.

Mitges.
Teles de paracaigudes.
Coixins de seguretat.

Polièster

Polímer termoestable.

És adequada per combinar amb cotó i llana.

Vestits.
Camises.
Bruses.

Elastà

Polímer elastòmer, de la família dels poliuretans.

Molt elàstic.
Es combina amb altres fibres.
El seu nom comercial és Lycra.

Cotilleria.
Mitges.
Vestits de bany.

Unitat 7

Nous materials

Els nous materials permeten fabricar d’una altra manera els productes que ja tenim. Però van molt més enllà: estan obrint les portes d’objectes i processos de producció innovadors, més especialitzats, relativament més respectuosos amb el medi ambient i, sobretot, molt més pràctics.

Fibra de carboni

La fibra de carboni és una fibra sintètica constituïda per fins filaments de 5-10 µm de diàmetre i formada principalment per carboni, que té una elevada resistència.

Cada filament de carboni està format per la unió de milers de fibres de carboni.

Els àtoms de carboni estan units entre si de manera que atorguen a la fibra alta resistència en funció del seu volum, cosa que proporciona a aquest material alguna de les seves propietats.

És molt flexible.
Té una elevada resistència mecànica.
És fràgil.
La seva densitat és baixa.
És un bon aïllant tèrmic.
És resistent a nombrosos agents corrosius.
És resistent a les variacions de temperatura i amb propietats ignífugues.
Té un elevat preu de producció.

La fibra de carboni se sol combinar amb altres materials per formar compostos.
Per exemple, per reforçar materials plàstics. Així s’obtenen els anomenats plàstics reforçats amb fibra de carboni (PRFC), que tenen múltiples aplicacions.

aplicacions

Indústria
aeroespacial

Indústria automobilística

Indústria
naval

Energia eòlica

Articles esportius

Articles de consum

Nanocompostos de carboni

El carboni està present en la major part dels compostos que formen els éssers vius. Quan diversos àtoms de carboni s’uneixen es formen xarxes cristal·lines, i les seves propietats varien en funció de la forma cristallina en què es trobi, és a dir, segons com estiguin enllaçats els àtoms. Per exemple, el diamant i el grafit són estructures sòlides, però presenten propietats molt diferents a pesar que totes dues estan constituïdes exclusivament per àtoms de carboni.

La indústria dels compostos de carboni ha evolucionat molt els darrers anys. A la taula següent apareixen diferents formes en què es pot presentar i algunes de les seves aplicacions:

Grafè

Consisteix en una capa molt fina d’àtoms de carboni.

Bon conductor de l’electricitat.
Excel·lent conductor de la calor.
Lleuger.
Transparent.
Molt dur.

Circuits integrats. Paper electrònic flexible.

Ful·lerè

Té una estructura molt similar a la d’una pilota de futbol.

Pot actuar com un conductor en determinades condicions.
Propietats magnètiques.
Resistent.
Propietats biològiques.

Medicina. La seva estructura permet que la bola es trenqui en contactar amb determinades substàncies presents a prop de cèl·lules infectades, i alliberar llavors el medicament contingut a l’interior.

Nanotubs

Tenen una estructura espectacularment llarga en relació amb el diàmetre.

De 10 a 100 vegades més resistents que el seu equivalent en acer.
Lleugers.
Condueixen electrons quasi instantàniament sense produir pèrdues d’energia.

Pantalles multitàctils. Detecten simultàniament diversos punts de contacte.

Fibra òptica

La fibra òptica està formada per un feix de fils de material molt transparent capaç de transmetre feixos de llum sense pèrdues.

Les fibres atrapen la llum que hi entra i transmeten impulsos de llum (emesos per un díode led o mitjançant làser).

Les transmissions de dades per fibra òptica són molt més segures.
La informació viatja a més velocitat, ja que mentre el fil de coure transmet electricitat, el que transmet la fibra òptica és llum.
El feix de llum es propaga per l’interior de la fibra pràcticament sense pèrdues.
A manca d’electricitat i calor pot il·luminar qualsevol espai.
És immune a les interferències elèctriques o electromagnètiques.
Resistent a la calor, al fred i a la corrosió.

L’aplicació principal de la fibra òptica és la transmissió d’informació, però com que transmet impulsos de llum té moltes altres aplicacions.

Camp

Medicina

Exploració de les cavitats internes del cos humà: endoscòpies.

Il·luminació

Il·luminació de zones especials sotmeses a toxicitats, riscos d’incendi...

Decoració

Làmpades de disseny per decorar i il·luminar llars i negocis.

Arqueologia

Accés visual a zones inaccessibles mitjançant altres sistemes.

Telecomunicacions

Enviar gran quantitat de dades a una gran distància i a gran velocitat, fent possible així un gran ventall de serveis: Internet, xarxes, telefonia, televisió, ràdio digital...

Equips d’àudio

Connexió eficient entre components.

Àmbit militar

Redueix notablement la necessitat de la codificació de missatges.

Cristall líquid

El cristall líquid és un estat d’agregació de la matèria que posseeix algunes característiques pròpies dels líquids i, a més, presenta algunes propietats òptiques pròpies dels sòlids.

aplicacions

pantalles

calculadores, rellotges, consoles de joc, tauletes, ordinadors, televisors...

cosmètics, indicadors de temperatura, teixits ignífugs o armilles antibales (Kevlar).

Semiconductors

Els semiconductors són elements que normalment es comporten com aïllants, però en condicions especials, per exemple en augmentar la seva temperatura, també es poden comportar com conductors i conduir el corrent elèctric, encara que mai no són tan eficaços com un bon material conductor.

El silici i el germani són exemples de semiconductors que a baixes temperatures actuen com aïllants, però si reben energia poden actuar com conductors.

Els materials semiconductors es dopen o contaminen introduint-hi àtoms d’altres substàncies per millorar-ne les propietats.

components

Díode

Està format per dues capes diferents de material semiconductor que es converteix en conductor quan es connecta a un generador elèctric de manera adequada.

Els díodes més coneguts són els díodes led, el comportament dels quals és el mateix que el d’altres díodes, però s’il·luminen quan condueixen el corrent.

Els díodes led consumeixen molt poca energia, i per això el seu ús és cada vegada més freqüent. S’utilitzen en rètols lluminosos, semàfors, ordinadors, televisors...

Transistor

Està format per tres capes de material semiconductor que s’encapsulen perquè es puguin muntar en un circuit.

La principal aplicació dels transistors és la fabricació de circuits integrats o microxips, que alhora són els components principals d’ordinadors, televisors, equips de música, rentadores, rellotges, telèfons...

Els transistors poden presentar diferents formes i mides, tot i que sempre tenen tres terminals.

Molts components electrònics inclouen circuits integrats o microxips, que realitzen alguna funció determinada.

Un microprocessador és un circuit integrat més complex, constituït per milers de milions de transistors que formen la unitat central de l’ordinador.

Superconductors

Els materials superconductors són capaços de conduir l’electricitat sense resistència ni pèrdues d’energia.

Elements com l’estany i l’alumini, alguns aliatges metàl·lics i alguns semiconductors fortament dopats actuen com a superconductors en determinades condicions. Calen, però, temperatures molt baixes.

Una altra de les característiques dels superconductors és que tenen un comportament especial enfront del magnetisme i es poden comportar com potents electroimants, capaços fins i tot de fer levitar un tren. Per això s’utilitzen imants superconductors en els trens magnetolevitants o maglev.

Unitat 8

Impacte mediambiental

En les societats industrialitzades l’abús de materials plàstics rebutjables pot causar seriosos problemes ambientals.

En la nostra societat de consum es generen grans quantitats de residus plàstics.

El plàstic és un material poc biodegradable, així és que resulta costós eliminar-lo si no es recullen els residus que genera, ja que es poden acumular en descampats i abocadors durant anys.

Per evitar-ho

Reduir

Evitar l’abús de materials plàstics rebutjables.

Reciclar

Separar els envasos a casa i llençar-los al contenidor corresponent perquè es puguin fabricar nous productes utilitzant el material obtingut dels primers.