MATERIALES DE USO TÉCNICO: LOS PLÁSTICOS

1.1. - Propiedades de los plásticos1.2 - ¿Cómo se fabrican los plásticos?1.3. - Clasificación de los plásticos1.4. - Técnicas de conformación de los plásticos1.5. - Técnicas de manipulación y mecanización de los

plásticos.1.6. - Uniones de materiales plásticos1.7. - Identificación de los plásticos1.8. - El reciclado de los plásticos

Estamos en la época del plástico. Así nos lo pone de manifiesto el siguiente dibujo:

1.1. -Propiedades de los plásticos

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Los plásticos son unos productos obtenidos fundamentalmente del petróleo, del gas natural, del carbón de hulla y de otros elementos orgánicos.

Conductividad térmica: Son muy malos conductores del calor, por lo que se emplean para fabricar aislamientos térmicos. Como ejemplo, el poliestireno (corcho blanco) y la baquelita.

Conductividad eléctrica: Los plásticos conducen muy mal la electricidad por lo que se emplean para recubrir cables, por ejemplo.

Resistencia química: Casi todos resisten muy bien el ataque de agentes químicos, como los ácidos, que alteran los materiales, en especial a la mayoría de los metales.

Densidad: La densidad esa la relación existente entre la masa de un objeto y el volumen que ocupa. Los plásticos son materiales poco densos, esto es, pesan poco, y esta es una de las razones por la que fabrican muchas piezas de este material, por ejemplo cubos, juguetes, etc.

Elasticidad: Algunos plásticos se pueden estirar bastante antes de romperse. Esta propiedad hace que se puedan emplear para fabricar distintos productos: ruedas de coche, trajes de buzo, silicona, etc.

Facilidad para trabajar con ellos: La mayoría de los plásticos son materiales blandos, lo que hace que sea muy fácil trabajar con ellos. Se taladran y sierran de una forma más económica que los metales; pero al ser materiales blandos se rayan y desgastan más fácilmente, lo que limita en muchas ocasiones su uso.

Transparencia: Hay algunos plásticos que tienen una transparencia parecida a la del cristal, por lo que en ocasiones se emplean para sustituirlos. Así nos encontramos los focos de los automóviles, etc.

Temperatura de fusión: Es la temperatura a la que un elemento pasa de estado sólido a líquido. Los plásticos tienen una temperatura de fusión muy baja, por lo que hay que emplear poca energía térmica para calentarlo y poderlo moldear. Económicamente esta es la razón de su uso.“Un plástico es todo material que se puede deformar aplicando fuerzas relativamente débiles a temperaturas moderadas”.

1.2 - ¿Cómo se fabrican los plásticos?La materia prima de los plásticos es el petróleo, el carbón, el gas natural y

otros elementos llamados ADITIVOS, que, en menor cantidad, le aportan propiedades especificas para cumplir las exigencias a las que van a ser sometidos los plásticos una vez fabricados.

Toda la materia está formada por moléculas, estas, a su vez, están formadas por átomos y los plásticos también; pero estos tienen una peculiaridad: que sus moléculas son especialmente grandes, por lo que se las llama MACROMOLÉCULAS. Estas grandes moléculas se forman a partir de otras más pequeñas (MONOMEROS) por medio de un proceso llamado POLIMERRIZACIÓN. El número de unidades simples (monómeros) que se repiten en una misma molécula de polímero se llama grado de polimerización.

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1.2.1. - La polimerización: Partamos de una molécula de etileno, que es el producto base para la fabricación de muchos plásticos. El etileno es un gas orgánico formado por dos átomos de carbono y cuatro de hidrogeno. Tiene una peculiaridad y está es que a una temperatura de -104 ºC se hace líquido, y, si seguimos, bajando la temperatura hasta los -169 ºC se solidifica.

A temperatura ambiente sus moléculas tienen mucha movilidad, como las de cualquier gas; pero si le añadimos determinados compuestos químicos (CATALIZADORES) provocan que estas se unan en grandes cadenas, formando las macromoléculas de un plástico muy empleado, el polietileno.

Existen dos tipos fundamentales de polimerización:-Polimerización por adición: el caso de polietileno responde a dicho caso.

nA → An

-Polimerización por condensación: En esta, aparte de unir los monómeros nos genera pequeñas moléculas de subproductos (amoníaco, agua)

Fuerza de enlace en los polímeros: Dentro de un polímero existen dos fuerzas de enlace:

-las intramoleculares, es decirlas que unen los átomos constituyentes de la molécula.

-las intermoleculares, es decir, las que mantienen unidas a las moléculas entre si. Son más débiles que las anteriores.

Estas macromoléculas (POLIMEROS) se entrelazan entre si, y dependiendo de cómo lo hagan, proporcionan unas propiedades u otras a los plásticos.

1.3 Clasificación de los plásticos.1.3.1.- Según su procedencia, los plásticos pueden ser naturales o

sintéticos.-Plásticos naturales: se obtienen directamente de materias primas

vegetales (celulosa, látex,…) o animales (caseína,…)-Plásticos sintéticos: se elaboran a partir de compuestos derivados

del petróleo, el gas natural o el carbón. La mayoría de los plásticos pertenecen a este grupo.

1.3.2.- Según su composición estructural

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-Termoplásticos: Presentan una estructura lineal. Las cadenas están entre si unidas por enlaces (fuerzas intermoleculares) tan débiles que se rompen si el plástico se calienta,

Son aquellos plásticos que al calentarse se ablandan y se pueden moldear dándole nuevas formas que conservan al enfriarse. Este proceso de calentamiento y enfriamiento puede repetirse tantas veces como se quiera.

Citemos los más importantes:

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: -Termoestables: Son cadenas enlazadas fuertemente distintas

direcciones. Los enlaces son tan fuertes que no se rompen al calentarse. Al someterlos al calor se vuelven rígidos, por lo que sólo pueden calentarse una sola vez, y no se deforman. Por ello son más frágiles que los termoplásticos. No se ablandan cuando se calientan nuevamente, sino que se descomponen y carbonizan antes de llegar a fundirse. En general presentan una superficie dura y extremadamente resistente.

Citamos:

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-Elastómeros: Están formados por cadenas unidas lateralmente y plegadas sobre si mismo, que se desenrollan disponiéndose en línea recta al aplicarles una fuerza y recuperan su posición natural al cesar esta. Así pues, los elastómeros se caracterizan por su gran elasticidad, adherencia y baja dureza.

Citamos:

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-Plásticos mejoradosPlásticos reforzados: Formados por dos o más tipos de materiales, uno

plástico y otro llamado material de refuerzo que le confiere resistencia a la tracción. Se usan en la fabricación de cascos, esquíes, parachoques, equipos deportivos.

Plásticos laminados: Capa de plástico adosada a otros de material diferente. Pueden ser:

Plástico/papel o cartón que resisten la humedad (envases de bebidas) como los tetrabrick

Plástico/vidrio, que resisten choques y presiones (vidrios de seguridad)Plástico/metal (latas de conserva….)Plástico/plástico, para envases de productos alimenticios

1.4.- Técnicas de conformación de los plásticosLos materiales plásticos que se obtienen industrialmente se presentan en

diferentes formas: polvo, gránulos, resinas (líquido viscoso), películas de grosor inferior a 25mm, láminas o planchas con un grosor entre 0,5 25 mm, bloques de sección rectangular, barras, tubos, perfiles en L y T e hilos,…Los procesos de conformación difieren fundamentalmente en la maquinaria utilizada y en las aplicaciones. Sin embargo, todos estos procesos tienen en común el siguiente tratamiento:Se parte del material en estado sólido (gránulos, polvo, laminas,…); este es calentado, con lo que se transforma en una masa pastosa o bien se ablanda mientras es conformado; por ultimo se enfría el material una vez obtenida la forma deseada.Distinguimos en el procedimiento de conformación o moldeo de plásticos:1.- Moldeo a alta presión

1. Extrusión2. Compresión3. Inyección

2.-Moldeo a baja presión1. Colada2. Espumado3. Termoconformado al vació4. Extrusión y soplado 5. Calandrado1.- Moldeo a alta presión1.- Conformación por extrusión: Este proceso consiste en fabricar

perfiles largos de sección uniforme. Para ello se utiliza una maquina especial, llamada extrusionadora, cuyo funcionamiento es similar al de las máquinas de picar carne.

El plástico, generalmente termoplásticos en forma de gránulos, es vertido en la tolva de carga y es obligado a fluir por medio de un husillo giratorio dentro de la cámara de extrusión. La cámara está calentada a temperaturas comprendidas entre 150º y 250º C para que se ablande y peda salir por la boquilla que reproduce la forma del perfil que se desea fabricar. A la salida de la boquilla, el material es enfriado para que adquiera rigidez y posteriormente es arrastrado y cortado a la longitud deseada.

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Aplicaciones: Filmes para embalajes, perfiles para rematar obras, recubrimientos aislantes para cables eléctricos, tuberías y tubos para cañerias, etc.

2.- Conformación por compresión: Es otro proceso de fabricación para grandes piezas de forma no muy complicada y especialmente para plásticos termoestables. El plástico preformado es introducido en el interior de un molde caliente, que junto con el efecto de la presión ejercida por un sistema neumático o hidráulico sobre la otra mitad del molde, proporciona la temperatura de reblandecimiento necesaria para que el material fluya hasta llenarlo. Una vez ejecutada esta operación, ha de esperarse un cierto tiempo hasta que la pieza se haya enfriado lo suficientemente para desmoldarla.

Aplicaciones: Recipientes para productos, por ejemplo, de alimentación, carcasas de electrodomésticos, etc.

3.- Conformación por inyección: Es uno de los procedimientos más empleados y consiste en inyectar el plástico, normalmente termoplástico, en un molde por medio de una maquina muy similar a la extrusionadora, llamada inyectora.La inyectora tiene un husillo que, además de girar, se puede desplazar longitudinalmente por medio de un embolo neumático o hidráulico que inyecta la cantidad precisa de material, en estado pastoso, en el interior del molde. Este suele ir refrigerado por agua que circula en su interior para enfriar rápidamente la pieza y que puede ser expulsada con el plástico ya solidificado.Veamos una secuencia de su funcionamiento:

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1º.- El molde se aproxima a la boquilla de la máquina inyectora.2º.- Al entrar aire a presión, el émbolo hace que el husillo empuje el plástico en estado pastoso hasta llenar el molde.3º.- Al mismo tiempo que el molde se separa de la de la inyectora y queda preparado para recubrir un nuevo molde, entra aire a presión por el lado opuesto del embolo y el husillo se retira paras tomar más material.4º.- El molde se abre y se retira la pieza. Queda la rebaba por donde se ha inyectado el plástico que posteriormente se corta.

Este proceso es idóneo para fabricar grandes series de piezas de termoplásticos cuya forma no sea muy complicada

Aplicaciones: utensilios domésticos (cubos, recipientes,…) y juguetes

2.- Moldeo a baja presión

1.-Colada: Consiste en el vertido del material plástico en estaos líquido dentro de un molde, donde fragua y se solidifica. La colada es útil para fabricar pocas piezas o cuando emplean moldes de materiales baratos de poca duración, como escayola o madera.

2.-Espumado: Consiste en introducir aire u otro gas en el interior de la masa de plástico, de manera que se forman burbujas permanentes.

Aplicaciones: colchones, aislantes termo acústicos, esponjas, embalajes, cascos de ciclismo, plafones ligeros, etc.

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3.- Termoconformado al vació: Es un proceso de conformación de plásticos en el que se parte de unas

láminas o chapas ya conformada y con unas medidas exteriores ya previstas. El proceso consiste en sujetar fuertemente (por medios neumáticos o hidráulicos) la preforma contra un molde que reproduce la pieza a fabricar. Por un lado de la maquina se sitúa una fuente de calor, normalmente infrarroja, que reblandece el plástico y a continuación, por la otra cara de la lámina, se efectúa el vacío, de forma que se obliga al material a desplazarse y adaptarse a las paredes del molde.

Aplicaciones: salpicaderos de coches, hueveras, bañeras, parachoques,…

4.-Conformación por extrusión y soplado: Consiste en que por la boquilla de la extrusionadora sale una preforma hueca que se introduce en un estrado pastoso en el interior del molde. Una vez dentro, se inyecta aire a presión, para que el plástico se expansione hasta adaptarse a la forma de este

Aplicaciones: Botellas, frascos, juguetes, etc.

5.-Conformación por calandrado:

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Una de las aplicaciones más importantes de los plásticos es la fabricación de láminas. El proceso consiste en alimentar la maquina calandradota con plástico en forma de gránulos, precalentados hasta que éstos adquieran una densidad pastosa, y hacerlos pasar por una serie de partes de rodillos, cuya separación se va haciendo cada vez menor hasta alcanzar el espesor deseado de la lámina. Finalmente se enfría haciéndolo pasar por un baño de líquido o una corriente de aire, e incluso por rodillos refrigerados interiormente.

El producto terminado es bobinado a la salida de la calandradota y cortado a la longitud deseada.

Aplicaciones: hules, impermeables, etc.

1.5.- Mecanización de los plásticos

La industria tiene en los plásticos un buen sustituto de la madera y los metales para ciertas aplicaciones. Estos se suelen obtener en forma estándar, como chapas, láminas, tubos, etc., para después mecanizarlos o darles formas mediante máquinas herramientas

Mecanizar cualquier tipo de material consiste en realizar mediante máquinas o herramientas, trabajos para dar forma a los objetos. Una máquina herramienta porta una herramienta que se acopla a los mecanismos de la máquina, que, por lo general, realizará algún movimiento, bien en la pieza a mecanizar o bien en la propia herramienta.

Estas máquinas, como taladradoras, tornos, fresadoras y sierras de corte, son las habituales al trabajar con madera y metales. Además, podemos aplicar a estos plásticos otros trabajos de acabado, como lijado, limado de virutas, rectificado de superficies, con los que se consiguen superficies alisadas con el mínimo de rugosidad. De todos los trabajos, los más habituales son el torneado, el fresado y el rectificado.

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El torneado: Consiste principalmente en agarrar una pieza mediante una mordaza de sujeción en los extremos longitudinales de la misma, que hacen girar el material. Mientras esta girando, una herramienta de corte, denominada cuchilla, se acerca al objeto y elimina material de forma perimetral, consiguiendo formas cilíndricas o cónicas.

El fresado. Consiste igualmente en la eliminación de parte del material de una pieza en bruto, pero esta vez de una forma superficial. La fresadora la pieza en una bancada, de forma que ofrece una de sus superficies a una herramienta de corte, llamada fresa, que mediante diversas pasadas por el área a retirar, realiza rebajas en la superficie.

Mediante el fresado se pueden conseguir piezas con diferentes formas planas

El rectificado: La máquina rectificadora dispone, a modo de herramienta, de una muela abrasiva que pule la superficie de una pieza. Para ello, la muela va girando sobre la superficie rugosa, mientras la pieza se va desplazando en una dirección determinada.

Las muelas están compuestas por granos de material abrasivo de elevada dureza, compactados mediante un aglomerante. Los granos pueden ser

muy gruesos, con el que se desbasta la superficie; el medio y el fino, con los que se consiguen acabados finos y el muy fino o superfino, que permiten pulir una superficie sin que queden apenas rugosidad.

Otras técnicas de manipulación son:

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1.6.- Uniones de materiales plásticos.

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Una vez manipulados, los materiales plásticos se pueden juntar mediante uniones desmontables o fijas.

Uniones desmontables: Permiten la unión y separación de la piezas mediante elementos roscados que impiden que se produzca la rotura del elemento de unión o el deterioro de las piezas.

Uniones fijas: Se utiliza este sistema cuando no se prevé la separación o desmontaje de las piezas que se unen, ya que estas no se pueden separar sin que se deterioren o se produzca la rotura del elemento de unión. Los plásticos se pueden unir mediante:

Adhesivos.- Son sustancias que sirven para unir permanentemente dos superficies cuando se interponen entre ambas. La elección de uno u otro adhesivo depende de las características del material que se quiera unir:

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Soldadura.- Permiten la unión de materiales termoplásticos por medio del calor y de la presión.

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1.7.- Identificación de los plásticos: Los plásticos tienen códigos para facilitar su identificación y sus características. Observa el siguiente dibujo:

1.8.- El reciclado de los plásticos.

El desarrollo tecnológico conlleva dos problemas de los que debemos tomar conciencia: la desaparición de las materias primas y la degradación del medio ambiente. La gran demanda de productos de consumo desde los países industrializados está agotando los escasos recursos naturales en el planeta.

El reciclaje aminora en gran medida ambos problemas, ya que reduce en forma considerable la cantidad de residuos que dañan el medio ambiente y nos permite producir nuestras propias materias primas. Es habitual oír hablar del plan de las tres «R»: reducir, reciclar y reutilizar, es decir:

Reducir el consumo. Reciclar para evitar malgastar las materias primas y aplicar los

procedimientos más eficaces para recuperar la mayor cantidad de desechos posibles.

Reutilizar objetos usados para nuevos usos.Los plásticos constituyen una parte importante del volumen total de residuos

y muchos de ellos son muy contaminantes. Ello hace especialmente interesante el reciclaje de estos materiales.

Una vez que los plásticos han sido separados y clasificados según el tipo de termoplástico, se procede al reciclado. Para ellos disponemos de tres métodos diferentes: el reciclado mecánico, el reciclado químico y el reciclado energético.Reciclado mecánico.

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Las siglas abrevian la denominación inglesa de un determinado plástico.

El símbolo tiene forma de triángulo con flechitas en el sentido de las agujas el reloj. Indicando que el plástico utilizado en la elaboración del objeto es reciclable.

En el interior del símbolo va escrito un número, que identifica el tipo de plástico.

Reciclado químico

Reciclado energético.

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Consiste fundamentalmente en aplicar calor y presión a los objetos para darles nuevas formas. De todos los tipos de plásticos, este proceso sólo puede aplicarse al grupo de los termoplásticos, que funden al ser calentados por encima de la temperatura de fusión

1. Cuando el material llega a la central de reciclado, pasa a una zona de lavado y secado para evitar que ser mezclen impurezas.

2. Una vez limpio, se le somete a una trituración mediante máquinas de molienda, de forma que los trozos de material salen muy pequeños, en forma de bolitas e incluso en forma de polvo.

3. Este material triturado alimenta una máquina de extrusión que proporciona calor y presión para que la masa de plástico se funda y pueda utilizarse para extrusionar o moldear piezas nuevas.

Consiste en separar los componentes químicos o monómeros que forman el plástico. Se trata, por tanto, de invertir las etapas que se siguieron para crearlo o «despolimerizar» las moléculas de plástico. Entre los diferentes métodos que se utilizan esta la metanólisis, la pirólisis, la hidrogenación o la aplicación de disolventes.

1. El reciclado químico por metanólisis del PET (polietilentereftalato) se inicia con un lavado y una compresión de los objetos.

2. Se consigue una molienda que se introduce en un reactor, que es la maquina que divide las moléculas de PET en moléculas de tereftalato de dimetilo y etilenglicol, dos componentes químicos con los cuales se fabrica el PET.

3. Estos compuestos serán la materia prima para fabricar nuevos plásticos

Muchos plásticos pueden arder y servir de combustible. El plástico usado se lleva a una incinedora para ser quemado, obteniéndose energía calorífica que pueda utilizarse en los hogares o en la industria, o bien para obtener electricidad.

A modo de ejemplo, 1 kg de polipropileno aporta en su combustión casi tres veces más energía calorífica que 1 kg de madera de leña, 1 kg de PET aporta igual energía que 1 kg de carbón, o que 1 kg de polietileno genera igual energía que 1kg de gasóleo. Pero, al tratarse de un proceso de combustión, se genera CO2 que es expulsado a la atmósfera y contribuye al efecto invernadero, así como otros compuestos gaseosos que pueden resultar tóxicos. Por ello, este proceso debe ir acompañado de controles y medidas de seguridad que eviten estos efectos dañinos

ACTIVIDADES: LOS PLÁSTICOS

1.- ¿Qué son los plásticos? ¿En que se diferencian los plásticos naturales y los sintéticos?

2.-Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas. En caso contrario, explica por qué:

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a) La dureza y elasticidad de los plásticos varía muy poco de unos a otros. b) En general, los plásticos son buenos conductores del calor y la electricidad. c) La mayor parte de los plásticos se obtienen de derivados del petróleo. d) Los polímeros son únicamente de origen sintético.

3.- ¿Qué propiedades caracteriza al celofán y al teflón?4.-Relaciona los elementos de cada columna:

Aislamiento de paredes Metacrilato

Bolsa de supermecado Poliestireno(PS)

Faro de automovil Celofán

Tubería de conducción de agua Policloruro de vinilo(PVC)

Envasado Polietileno(PE)

5.- ¿Qué se entiende por polimerización?6.-Tres plásticos A, B y C muestran las siguientes estructuras:A: Largas cadenas de moléculas entrecruzadas con enlaces muy débiles

entre ellasB: Largas cadenas de moléculas enlazadas lateralmente entre sí.C: Largas cadenas de moléculas entrecruzadas y enlazadas fuertemente

entre sí.a) Dibuja un esquema que represente cada una de estas estructuras.b) Indica cuál de las estructuras descritas anteriormente corresponde a:-material termoplástico-material termoestable-material elastómeroc) Justifica en cada una de las elecciones que has hecho las propiedades que

les proporciona a cada material la estructura que tiene.7.- ¿Qué materiales termoestables se utilizan como aislantes acústicos?8.- ¿De donde se obtiene el caucho natural y el sintético? nombra algunas

aplicaciones de estos dos tipos de elastómeros.9.-Un empresario quiere fabricar un envase que permita conservar y

transportar alimentos.a) ¿Qué materiales plásticos le recomendarías? ¿Y si desea fabricar carcasas

de radiocasetes?b) Cita las propiedades características de estos materiales.10.- ¿Qué es el PVC? Enumera alguna de sus aplicaciones en la fabricación

de productos.

11.-Relaciona cada plástico termoestable con su aplicación correspondiente:

Melamina Casco de embarcación

Poliuretano Mango de sarten

Baquelita Encimera

Resinas de poliester Aislamiento acústico

12.-Clasifica los siguientes plásticos según el tipo al que pertenecen:Botas de pescarFaro de un ciclomotorCasco de moto

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Interruptor eléctricoEncimera Bolsa de basuraCanalones para la recogida de aguasCarcasa de un walkmanCerdas de un cepilloDesagües de fregaderos

13.- ¿Qué técnica de conformación se utiliza en la fabricación de cañerías, perfiles y recubrimientos de cable?

14-¿En que consiste la técnica del calandrado?15.-Explica que técnica de conformación se emplea para obtener los

materiales plásticos siguientes: una botella de leche, un barreño y la carcasa de un electrodoméstico.

16.-Explica en que consiste la técnica del moldeo por compresión.17.-Clasifica las técnicas de conformación según los materiales plásticos

empleados sean termoestables o termoplásticos.18.-Explica en que consiste el espumado.19.- Completa la siguiente tabla:

Artículo Modo de fabricación Tipo de plástico

Recipiente para alimentos Polietileno

Cubos y barreños

Carcasa de cassette Estireno

Regla de plástico

Carcasa de bolígrafo Estireno

Fundas de cables eléctricos PVC

Tuberías Extrusión

Botellas de agua

Bolsas de basura

20.-Indica que técnica e fabricación emplearías para obtener los siguientes productos y di por qué.

a) unas pajitasb) un envase de champúc) un hilo de pescard) un envase de huevose) la carcasa de una plancha.

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