23-3-2013
PROCESOS INDUSTRIALES DE PLÁSTICOS TÉRMICOS, UNIDAD 4
COMPUESTOS Y TERMOFRAGUANTES Y MATERIALES CERÁMICOS.
INTRODUCCION ................................................................................................................................... 2 4. PROCESOS INDUSTRIALES DE PLASTICOS TERMICOS, COMPUESTOS Y TERMOFRAGUANTES ....... 3 4.1 TIPOS DE PLASTICOS...................................................................................................................... 3 4.2 OBTENCIÓN Y FABRICACIÓN DEL PLÁSTICO. ................................................................................. 4 4.3MATERIAS PRIMAS: ........................................................................................................................ 5 4.4 COMPUESTOS TERMOFRAGUANTES. ............................................................................ 11 4.5 CELULOSA .................................................................................................................................... 15 4.6 ¿MATERIAL CERÁMICO? .............................................................................................................. 23 4.6.1 ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES CERÁMICOS ................................................................ 24 4.6.2 ESQUEMA GENERAL DEL PROCESADO DE LOS MATERIALES CERÁMICOS ....................... 28 CONCLUSION ..................................................................................................................................... 29
INTRODUCCION
El siguiente catálogo, es una recopilación de información acerca de los principales procesos industriales de los plásticos térmicos, compuestos y termofraguantes. y de los materiales cerámicos. Conocer desde la procedencia de la materia prima, su composición química, tipos de procesos, transformación de los productores terminados e industrias que lo emplean. Los plásticos son los materiales de uso técnico más utilizados en la actualidad, solos o combinados con otro material. Los plásticos son materiales orgánicos compuestos fundamentalmente de carbono y otros elementos como el hidrogeno, oxigeno, nitrógeno o azufre. La mayoría de los plásticos que se comercializan provienen de la destilación del petróleo.
Así también conoceremos de los materiales cerámicos que son aquellos materiales químicamente definidos como inorgánicos y no metálicos
4. PROCESOS INDUSTRIALES DE PLASTICOS TERMICOS, COMPUESTOS Y TERMOFRAGUANTES
Un polímero es un compuesto que consiste en moléculas de cadena larga, cada una delas cuales está hecha de unidades que se repiten y conectan entre sí. La palabra polímero se deriva del griego poly (muchos), y mero (es parte). La mayoría de los polímeros se basan en el carbono, y por ello se les considera productos químicos orgánicos. Los polímeros se dividen en:
Plásticos Cauchos (hules)- categoría de los elastómeros (E)
4.1 TIPOS DE PLASTICOS El término plástico en su significación más general, se aplica a las sustancias de similares estructuras que carecen de un punto fijo de evaporación y poseen durante un intervalo de temperaturas propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones.
4.2 OBTENCIÓN Y FABRICACIÓN DEL PLÁSTICO. La fabricación de los plásticos y sus manufacturados implica cuatro pasos básicos:
obtención de las materias primas. síntesis del polímero básico. obtención del polímero como un producto utilizable industrialmente. moldeo o deformación del plástico hasta su forma definitiva. MATERIAS PRIMAS: La mayoría de los plásticos se fabricaban a partir de resina de origen vegetal, como la celulosa, el furfual, aceites de se emilla… Las materias primas derivadas del petróleo son tan baratas como abundantes, pero dado que las existencias mundiales del petróleo tiene un límite, se están investigando otras fuentes de materias primas como la gasificación del carbón. SÍNTESIS DEL POLÍMERO: Primer paso en la fabricación de un plástico es la polímerización. Los dos métodos básicos de polimerización son las reacciones de condensación y las de adición. ADITIVOS: Con frecuencia se utilizan aditivos químicos para conseguir una propiedad determinada. Por ejemplo, los antioxidantes protegen el polímero de degradaciones químicas causaas por el oxígeno o el ozono. FORMA Y ACABADO: Las técnicas para conseguir la forma final y el acabado de los plásticos depende de 3 factores: tiempo, temporada y deformación.
PROCESOS PARA TERMOPLÁSTICOS:
Extrusión Inyección Soplado termo formado Calandreo Sinterizado Recubrimiento por Cuchilla Inmersión
PROCESOS PARA TERMOFRAGUADOS
Laminado Transferencia Embobinado de afilamiento continúo Pultrusión
4.3MATERIAS PRIMAS:
CLORURO DE POLIVINILO (PVC):
CARACTERISTICAS:
Existen 2 tipos: 1. El flexible (plastificado). 2. El rígido (resina de pvc) Es una combinación química de carbono, hidrogeno y cloro. La materia prima proviene del petróleo (43%), y sal común (57%). Las resinas de pvc se pueden producir mediante cuatro procesos. 1. Suspensión 2. Emulsión 3. Masa 4. Solución
PROPIEDADES DEL PVC:
Ligero Inerte Inocuo Resistente al fuego Aislante Elevada transparencia.
POLIPROPILENO (PP)
CARACTERISTICAS:
es un polímero parcialmente cristalino. Se obtiene por la polimeracion del propileno. Se puede producir por los siguiente procesos: 1. Inyección 2. Soplado 3. Termo formado 4. Extrusión
PROPIEDADES:
Gran resistencia al stress cracking. Mayor tendencia a ser oxidado. Baja densidad. Alta dureza y resistente a la abrasión Alta rigidez. Buena resistencia la calor. Excelente resistencia química.
TEREFTALATO DE POLIETILENO (PET)
CARACTERISTICAS: polímero termoplástico, lineal con alto grado de cristalinidad químicamente se obtiene mediante una reacción de policondenzacion entre el ácido Tere fálico y el etilenglicol. Puede ser procesado por: 1. Extrusión 2. Inyección 3. Soplado 4. Soplado de per forma.
PROPIEDADES:
Alta transparencia y cristalino. Impermeable. Reciclable Lentamente toxico Liviano No es degradable.
ELASTOMERO DE POLIURETANO
CARACTERISTICAS:
Los elastómeros son aquellos polímeros que muestran un comportamiento elástico Es un compuesto de composición química de reacción de un poliol con un isocianato empleando catalizadores y aditivos especiales. Existen vario tipos: 1. Rígidos. 2. Semirrígidos. 3. Micros celulares. 4. Espumas flexibles 5. Espuma de piel integral. 6. Adhesivos.
PROPIEDADES:
Resistencia al desgarre. Soporta altas temperaturas. Es más ligero que el metal. Alto rango de dureza.
NILON
CARACTERISTICAS:
El nylon es uno de los polímeros más comunes usados como fibra, pertenece al grupo de las poliamidas Se genera formalmente por poli condensación de un di ácido con una diamina Durante la fabricación las fibras de nailon son sometidas a extrusión, texturizado e hilado en frío hasta alcanzar cerca de 4 veces su longitud original, lo cual aumenta su cristalinidad y resistencia a la tracción. El nailon es soluble en fenol, cresol y ácido fórmico. Su punto de fusión es de 263 °C. Su viscosidad de fundido es muy baja, Al nailon se le puede agregar fibra de vidrio para proporcionar un incremento en la rigidez.
4.4 COMPUESTOS TERMOFRAGUANTES. Polímeros en red, compuestos por distintas cadenas, están conformados por uniones primarias. Blandos o "plásticos" al calentarlos por primera vez. Después de enfriados no pueden recuperarse para transformaciones posteriores Ccontiene: carboxilo, éter de vinilo, tioeter de vinilo Y hetero. Los Método para la obtención es por medio de compresión o moldeo de transferencia, colado, laminado o impregnado. Usadas para estructuras rígidas o flexibles de espuma, compuestos de recubrimiento, tinta, adhesivos y plásticos moldeados. Industrias que lo emplean textil, Ganadería, Eléctricas, Automotriz e Industrial. Manufacturado en: Cascos industriales, Suela de zapatos, Sillas, Mesas, Tubería de pvc, etc.
FENÓLICAS Se usan en la actualidad en la industria. Dicha resina sintética se elabora mediante la reacción del fenol con el formal de hído, 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. Los compuestos fenólicos son moldeados por compresión o moldeo de transferencia.
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 grafito.
4.5 CELULOSA
La celulosa es el elemento constitutivo de la madera. Se le denomina a la materia prima utilizada para la manufactura del papel.
Es un polímero natural formado por unidades de glucosa, las fibras se encuentran en la madera unidas entre sí por un compuesto químico complejo llamado "lignina" que le da la rigidez
Todas las metodologías para obtención de pasta de celulosa para papel se basan en la separación de las fibras de la madera
Esto se consigue con métodos mecánicos como el molido o con métodos químicos que disuelven la lignina de la pared celular dejando separadas las fibras de celulosa prácticamente sin acción mecánica
Entre las industrias encargadas de la produccion de celulosa se encuentra papelera veracruzana, s.a. de c.v. - celulosico papelero, kimberly clark de mexico, S.A.B. de C.V.
Proceso para la producción de celulosa
Poliestireno El Poliestireno se designa con las siglas PS., estructuralmente, es una cadena larga de carbono e hidrógeno, con un grupo fenilo unido cada dos átomos de carbono. Es producido por una polimerización vinílica de radicales libre a partir del monómero de estireno. A temperatura ambiente, el poliestireno es un sólido termoplástico que puede ser derretido a altas temperaturas para moldearlo por extrusión y después resolidificarlo. Grupo Fedepol es una compañía líder productora de poliestireno en México, asi como GIPSA Grupo Industrial en Poliestireno S.A. de C.V.
Existen 4 tipos principalmente: Poliestireno alto impacto o choque • es un polímero que se caracteriza por tener alta resistencia al impacto, es opaco debido a la adición de polibutadieno. • El poliestireno de alto impacto, consiste en una matriz de poliestireno cristal en la cual están dispersas partículas microscópicas de caucho, casi siempre polibutadieno. • Se puede procesar por los métodos de conformado empleados para los termoplásticos, como inyección, extrusión, soplado y termoformado, copia detalles de molde con gran fidelidad. • Se emplea para la elaboración carcasasde televisores, impresoras, puertas e interiores de frigoríficos, maquinillas de afeitar desechables, juguetes.
Poliestireno cristal • Se observa como un polímero atáctico de naturaleza amorfa, brillante y transparente. se puede obtener por medio de tres procesos: polimerización en masa, suspensión y solución. • Es sensible a la luz solar, tiene baja resistencia al impacto, es atacado por ésteres, cetonas, hidrocarburos aromáticos, clorados y aceites etéreos.
Poliestireno expandido • Material plástico espumado, derivado del poliestireno y utilizado en el sector del envase y la construcción. • Existe dos componentes principales en su estructura polímero de estireno solido y un agente expansor(pentano, hidrocarburo liquido). • Entre sus características reseñables del poliestireno expandido (EPS) son su ligereza, resistencia a la humedad y capacidad de absorción de los impactos. • es un excelente acondicionador de productos frágiles o delicados como electrodomésticos.
poliestireno extruido El poliestireno extruido comparte muchas características con el poliestireno expandido, la diferencia radica únicamente en el proceso de conformación, ya que el extrusionado produce una estructura de burbuja cerrada, lo que convierte al poliestireno extrusionado en el único aislante térmico capaz de mojarse sin perder sus propiedades. se em plea como aislamiento termico en suelos, debido a su mayor resistencia mecanica y tambien como alma en papneles sandwich de fachada.
Proceso del poliestireno expandido
Polietileno Es un considerado un termoplástico semicristalino y se divide principalmente en polietileno de alta densidad y baja densidad
El polietileno de alta densidad Es un polímero de adición, conformado por unidades repetitivas de etileno. Es sólido, incoloro, traslucido casi opaco, poseen alta resistencia al impacto, es flexible aun en bajas temperaturas Se puede procesar por los métodos de conformado empleados para los termoplásticos, como son: moldeo por inyección, rotomoldeo , extrusión y compresión. Se emplea en la construcción y también para fabricar prótesis, envases, bombonas para gases y contenedores de agua y combustible.
Polietileno de baja densidad •Se obtiene por polimerización del etileno a altas presiones con oxígeno o catalizador de peróxido y por mecanismo de radicales libres. •Es un sólido más flexible que el de alta densidad, ligero y buen aislante eléctrico. •Se puede procesar por los métodos de conformados empleados para los termoplásticos, como son: moldeo por inyección y extrusión. •Se trata de un material plástico que por sus características y bajo coste se utiliza mucho en envasado, bolsas de plástico, revestimiento de cables y en la fabricación de tuberías.
Procesos de rotomoldeo con polietileno de alta densidad. Esta tecnologĂa antigua con aplicaciones actuales se moldea por rotaciĂłn artĂculos huecos mediante el llenado de moldes abiertos, huecos, con material en polvo.
Elaboraci贸n de envases a base de polietileno de baja densidad
PROPILENO El propileno es un hidrocarburo perteneciendo a los alquenos, incoloro e inodoro, es un homólogo del etileno. Es uno de los productos de la termólisis del petróleo.
La obtención del propileno se lleva a cabo principalmente como subproducto junto con el etileno y otras olefinas, bien mediante procesos de craqueo con vapor de hidrocarburos, o bien en procesos de refinería
Una de las principales aplicaciones del propileno consiste en su polimerización para dar lugar a polipropileno
Es el segundo compuesto más utilizado en la industria química en todo el mundo se emplea como combustible, y en la elaboración de acetonas y plásticos industriales.
Método para obtener propileno por destilación del a partir de G.L.P. (Gas Licuado de Petróleo) con una proporción mayoritaria de componentes livianos
4.6 ¿MATERIAL CERÁMICO? Una definición amplia de los materiales cerámicos, son aquellos sólidos inorgánicos no metálicos, producidos mediante tratamiento térmico. Comparados con los metales y plásticos son duros, no combustibles y no oxidables, pueden utilizarse en ambientes con temperatura alta, corrosivos y tribológicos.
Esquema general de los materiales cerámicos
4.6.1 ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES CERÁMICOS
IONICO MEZCLA
COVALENTE
Enlace en Cerámicos Están formados por una combinación de fases cristalinas y/o vítreas Se pueden presentar en función de la aplicación
Sólido denso, Polvo fino, Película, Fibra,
En general los componentes de los materiales cerámicos, fase(s) cristalina(s) y/o Vítrea(s), están formados por elementos metálicos y no metálicos Los enlaces en las diferentes fases pueden tener desde naturaleza iónica a covalente
Representación esquemática de: a) Fase cristalina ideal de la cristobalita, en la que los tetraedros de sílice exhiben un orden de largo alcance.b) Un vidrio de sílice corriente.
Solidificación de materiales cristalinos y vítreos. (Tg) es la temperatura de transición de un material vítreo. (Tm.) es la temperatura de fusión de un material cristalino.
Estructuras complicadas de materiales cerámicos: a) Perovsquita. b) Corindón. c) Grafito.
MATERIAL
ATOMOS
CERAMICO
ENLAZADOS
MgO
Mg-O
Al2O3
Xa-Xb
% CARﾃ，TER
%CARACTER
IONICO
COVALENTE
2,3
73
27
Al-O
2,0
63
37
SiO2
Si-O
1,7
51
49
Si3N4
Si-N
1,2
30
70
SiC
Si-C
0,7
11
89
Figura Ubicaciﾃｳn de las composiciones correspondientes de productos de arcilla tﾃｭpicos, en el diagrama arcilla-sﾃｭlice-feldespato.
Figura Ubicaci贸n de las composiciones de cementos t铆picos, vidriados y materiales refractarios.
4.6.2 ESQUEMA GENERAL DEL PROCESADO DE LOS MATERIALES CERÁMICOS
Las etapas básicas en la fabricación de productos cerámicos son:
Mezclado y molturación de materias primas Conformación Moldeo Secado Cocción
CONFORMACIÓN Materiales cerámicos Colaje Extrusión (calibrado, torneado) Prensado Materiales vítreos
Colaje Extrusión soplado Estirado Prensado.
Barbotina: es una mezcla de agua y polvo cerรกmico
Tape casting o colada en cinta
4.6.3 TIPOS DE MATERIALES CERÁMICOS
Clasificación de Ceramicos Cerámicas cristalinos • Silicatos tradicionales (SiO2) •Compuestos Oxídicos y No Oxídicos
Vidrios Cerámicas No Cristalinas: composiciones
Vitrocerámicas
(se conforman como vidrios+cuidadosa cristalización) comparables a la de los cristalinos
Podemos diferenciar entre dos grandes grupos de materiales cerámicos.
Cerámicas tradicionales
Cerámicas avanzadas:
• arcilla* (porcelana, ladrillos, baldosas, vidrios y cerámicas refractarios).
•propiedades especiales frente a metales y •aleaciones metálicas convencionales. •Se utilizan en aplicaciones como: motores de combustión (resisten altas T, elevada resistencia al desgaste y •corrosión, menores densidades.
LOS CERÁMICOS TRADICIONALES.
Cerámicas de mesa, pavimentos y revestimiento
Refractarios
Sanitarios
Porcelanas (aislantes, decorativas
Materias primas cerámicas En las cerámicas tradicionales se utilizan materias primas de depósitos naturales Arcillas, feldespatos, cuarzo Poco purificado Se forman múltiples fases en la cocción para cada composición se dan muchas aplicaciones
Tabla Composiciones de algunas porcelanas triaxiales. LAS CERÁMICAS TÉCNICAS. Estos últimos también se conocen como cerámicas ingenieriles, avanzadas o tecnológicas En las cerámicas técnicas
Las materias primas son de pureza alta principalmente de óxidos, carburos o nitruros. Presentan fase única Cada composición tiene una aplicación específica, alúmina, Al2O3, nitruro de silicio, Si3N4, carburo de silicio SiC, y circonia, ZrO2 combinados con algunos
óxidos refractarios. Tabla de Propiedades mecánicas de algunas cerámicas avanzadas.
Figura. Microestructura de alúmina sinterizada a 1700°C, prácticamente sin porosidad, X500.
4.6.4 LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES CERÁMICOS DEPENDEN.
Las propiedades de los materiales cerámicos vienen determinadas en cuatro niveles:
Atómico Ordenación de átomos, cristalino o amorfo Microestructura Macro estructura.
PROPIEDAD DE LOS MATERIALES CERÁMICOS
APLICACIÓN Los cerámicos tienen numerosas aplicaciones en productos de consumo e industriales. Se utilizan varios tipos de cerámicos en las industrias eléctricas y electrónicas, 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.
Son utilizados en:
Aeroespacial: Materiales ligeros de alta resistencia mecánica y de alta temperatura para motores,aviones, revestimientos de lanzadera espacial.
Automatismo: Sensores, componentes de alta temperatura.
Biomédica: Huesos, dientes, materiales de implante.
Óptica/Fotónica: Fibras ópticas, amplificadores laser, lentes.
Electrónica: Condensadores, sustratos de circuito integrado, aislantes.
Energía: Celdas de combustible sólidas, combustible nuclear.
CONCLUSION
En s铆ntesis podemos concluir que es importante conocer los diferentes tipos de procesos industriales, de manufactura que se encuentran involucrados en la trasformaci贸n de la materia prima en productos intermedios o acabados. Ya que estos nos ayudara a un mejor enfoque y dominio sobre cualquier flujo productivo para medirlo, analizarlo y mejorarlo seg煤n las exigencias cambiantes de los consumidores y la necesidad de innovaci贸n que poseen las empresas de hoy