MATERIALES CERÁMICOS- POLÍMEROS en procesos de manufactura

1. MATERIALES CERÁMICOS-
POLÍMEROS
TEMA

2. Elaborar diagramas de bloques para el proceso de fabricación
de baldosas
PROPÓSITO DE LA SESIÓN
Conocer el proceso de Producción de materiales
cerámicos
Conocer el proceso de producción de polímeros de adición y
condensación y su procesamiento.
Conocer las propiedades de los materiales cerámicos y poliméricos

3. “Keramos”  Quemar.
Objetos de arcilla.
MATERIALES CERÁMICOS

4. Materiales cerámicos
• Son compuestos inorgánicos formados por
elementos metálicos y no metálicos cuyos
enlaces interatómicos pueden ser de carácter
totalmente iónico ó predominantemente iónico
con algún carácter covalente.
– Iones metálicos  Cationes: carga +
– Iones no metálicos  Aniones: carga -
Los cerámicos están compuestos por al menos dos elementos,
por lo tanto su estructura es más compleja que la de los metales.

10. Electronegatividad

11. Enlace Cerámico
• Enlace:
-- Principalmente iónico, un poco covalente.
-- % de carácter iónico aumenta con la diferencia en
electronegatividad.
• Carácter de enlace iónico: grande vs pequeño
CaF2: grande
SiC: pequeño

12. Estructuras cristalinas de
cerámicos
ZnS
(blenda de zinc)
NaCl
(Cloruro
de sodio)
BaTiO3
Perovskita

13. Propiedades mecánicas
•Son inferiores a las de los metales
• Su principal desventaja es la tendencia a la fractura catastrófica de forma
frágil con muy poca absorción de energía.
•A T= ambiente las cerámicas cristalinas y no cristalinas se rompen antes
de la deformación plástica en respuesta a carga de tracción.
•La fractura frágil es la formación y propagación de fisuras a través de la
sección de un material en dirección perpendicular a la carga aplicada.
•El crecimiento de grietas ocurre a través de los granos y a lo largo de
determinados planos cristalográficos (planos de clivaje) los cuales son de
alta densidad atómica.

14. Influencia de la porosidad
• Algunas de las técnicas de fabricación de cerámicas usan precursores
en forma de polvo.
• Al compactar el polvo quedan espacios huecos entre las partículas.
• La porosidad puede eliminarse con tratamientos térmicos, sin embargo
siempre queda porosidad remanente.
• La porosidad deteriora las propiedades mecánicas
La magnitud del módulo elástico E, disminuye con la fracción volumétrica
de porosidad P:
2
0
E  E 
11.9P  0.9P 
Donde E0 es el módulo de elasticidad del material no poroso.

15. La porosidad
deteriora la
resistencia a
la flexión
1. Los poros reducen el
área de la sección
transversal a través de
la cual se aplica la
carga.
2. Actúan como
concentradores de
esfuerzos (el esfuerzo
se amplifica por un
factor de 2).
La resistencia a la flexión disminuye exponencialmente con la fracción
volumétrica de porosidad (P):
 0 expnP
rf
Influencia de la porosidad
0 y n son constantes experimentales

16. Ejercicio
El módulo de elasticidad para la espinela (MgAl2O4) que
tiene el 5% de porosidad volumétrica es 240 GPa.
• (a) Calcule el módulo de elasticidad para el material no
poroso
• (b) Calcule el módulo de elasticidad para una porosidad
del 15%.
2
0
E  E 
11.9P  0.9P 
E
E0 
11.9P 0.9P2

= 264 GPa
2
0
E  E 
11.9P  0.9P  = 194 GPa

17. ACTIVIDAD DE CLASE
El módulo de elasticidad para la espinela (MgAl2O4) que
tiene el 10% de porosidad volumétrica es 214 GPa.
(a) Calcule el módulo de elasticidad en GPa para el
material no poroso.
(b) Calcule el módulo de elasticidad en GPa para una
porosidad
del 25%.
c) ¿Cómo afecta la porosidad del material sobre el módulo
de elasticidad?
Datos: E= Eo ( 1-1.9.P+0.9.P2) Donde P: porosidad (0 → 1)

18. Propiedades:
-- Tm del vidrio es moderada, pero alta para otros cerámicos.
-- Poca tenacidad, ductilidad; módulo grande y resistencia a la cedencia.
Aplicaciones:
-- alta T, resistencia al desgaste, usos novedosos para neutralidad de
carga.
Fabricación
-- algunos vidrios se moldean fácilmente
-- otras cerámicas no pueden moldearse.
Vidrios Productos
de arcilla
Refractarios Abrasivos Cementos Cerámicas
avanzadas
-óptica
-compuestos
reforzados
-contenedores
-ladrillos
Para alta T
(hornos)
-lijas
-corte
-pulido
-compuestos
-estructurales
máquinas
-rotores
-válvulass
-bearings
-sensores
Clasificacion de materiales cerámicos
vidrios vitrocerá
-micos
Productos
estructurales
de arcilla
porcelanas
-porcelanas
-ladrillos
Arcilla
refractaria
sílice
básico
especial

19. ACTIVIDAD DE CLASE
Visualizar el video:
Link:
https://www.bing.com/videos/search?q=baldosas+como+se+hacen&&v
iew=detail&mid=18407B75EFF51B2C0CC618407B75EFF51B2C0CC6&&F
ORM=VRDGAR
De acuerdo al video elaborar un diagrama de bloque
para el proceso de fabricación de baldosas
https://www.bing.com/videos/search?q=baldosas+como+se+hacen&&view=detail&
mid=73AE07CDC38F643AE7FA73AE07CDC38F643AE7FA&&FORM=VDRVRV

20. Diagrama de bloque para la fabricación de baldosas
https://www.bing.com/videos/search?q=baldosas+como+se+hacen&&view=det
ail&mid=18407B75EFF51B2C0CC618407B75EFF51B2C0CC6&&FORM=VRDGAR

21. POLIMEROS
UNIVERSIDAD SAN IGNACIO DE
LOYOLA

22. SIGLO XX
El Inicio de la Industria del Polímero
En 1909 Hendrik Baekeland sintetizó la baquelita, la cual es
considerado como el primer polímero verdaderamente sintético a
partir de moléculas de fenol con formaldehído sometido a calor y
presión.
Durante la segunda guerra mundial (1939-1945) el nailon se
convirtió en una de las fuentes principales de fibras textiles, los
poliésteres se utilizaron en la fabricación de blindajes y otros
materiales bélicos, y se produjeron en grandes cantidades varios
tipos de caucho sintético.
En 1953, el químico alemán Karl Ziegler desarrolló el polietileno
En 1954 el italiano Giulio Natta desarrolló el polipropileno, que
son los dos plásticos más utilizados en la actualidad.
En la actualidad los polímeros son la base de todos los procesos
de la vida, y nuestra sociedad tecnológica es dependiente en gran
medida de los polímeros.

23. Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas
pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las
formas más diversas. Estas cadenas pueden ser lineales, ramificadas,
entrecruzadas ó entrelazadas. Si hay un monómero único o varios, se forman
homopolímeros o heteropolímeros (copolímeros).
23
Monómero
s
Polímero
(Homopolímer
o)
Monómero
s
Polímero
(Heteropolímer
o)

24. La polimerización
La polimerización es el proceso químico
(Reacción química) por el cual, mediante el calor,
la luz o un catalizador, se unen varias moléculas
de un compuesto para formar una cadena de
múltiples eslabones de estas y obtener una
macromolécula (Polímero).
Cómo se obtienen los polímeros?

25. Clasificación según el proceso de
polimerización.
https://www.youtube.com/watch?v=slVch09jJL
https://www.youtube.com/watch?v=i7q_f6wR9

26. Ventajas y desventajas
Nanoemuls
ión,
microemuls
ión y
emulsión

27. Clasificación de los Polímeros
-Según su origen : Naturales, sintético ó
artificiales
-Según su mecanismo de polimerización
-Composición Química
-Según su comportamiento a la Temperatura
27

28. Según su origen
Naturales: proteínas, caucho natural,
polisacáridos (almidón), ácidos nucleicos, lana,
celulosa, etc.
Sintéticos: nylon, teflón, polietileno, PVC,
poliestireno, poliéster, etc.
Semisinteticos: acetato de celulosa,
Nitrocelulosa, caucho vulcanizado.

29. Según su mecanismo
Polimerización en cadena
Polimerización de condensación
o en etapas

30. Polimerización por Adición o en cadena,
Poliadición
https://www.youtube.com/watch?v=V5Ckx8hrn1M

31. Polímeros de adición
Monómero Políme
ro
Usos
típicos
CH2CH2
Eteno
[CH2CH2 ] n
Polietileno
Contenedores, tuberías,
bolsas, juguetes, cables
aislantes.
CH2CH CH3
Propeno
[CH2CH ] n
CH3
Polipropileno
Fibras para alfombras,
redes de pesca,
cuerdas, cesped
artificial.
CH2CHCl
Cloruro de
vinilo
[CH2CH ] n
Cl
Policloruro de vinilo
(PVC)
Cañerías, mangueras,
discos, cuero artificial,
envoltorios para
alimentos, baldosas.
CH2CHCN
Acrilonitrilo
[CH2CH ] n
CN
Poliacrilonitrilo
Fibras para ropa,
alfombras, tapices.
CH2CH 
Estireno
[CH2CH ] n
Poliestireno
Espuma de
poliestireno, vasos
para bebidas
calientes, embalajes,
aislamientos.
CF2CF2
Tetrafluorete
no
[CH2CH2 ] n
Teflón
Recubrimientos
antiadherentes para
utensilios de cocina.

32. Polimerización por Condensación ó
en etapas
Se produce reacción entre dos grupos funcionales distintos y se libera una
molécula pequeña.
Ejemplo. Obtención del Nylon 6,6
https://www.youtube.com/watch?v=EO_w8uH9xlE

33. Polímeros de CONDENSACIÓN
Nylon 6,6
PET
PU
Baquelita
Poliester

34. ACTIVIDAD DE CLASE
¿Qué es el nylon y explique el proceso de obtención
del nailon?
Es un polímero de condensación que resulta de la
reacción de un acido dicarboxilico o derivado ( acido
hexanodioico (Acido adípico) o cloruro de adipoilo)
con el hexametilendiamina, generando una molecula
pequeña como el agua o HCl.
¿Qué propiedades importantes tiene el nylon y que
aplicaciones importantes puede citar?
_Fibra con alta resistencia mecánica,
_Tiene alta cristalinidad,
_Se emplean en suturas quirúrgicas, hilo de pescar,
- Cuerdas de paracaídas
- Industria textil

35. ACTIVIDAD DE CLASE
Complete la siguiente tabla sobre técnicas de polimerización:
ventajas Desventajas
Polimerización
en emulsión
-
Polimerización
en masa

36. ventajas Desventajas
Polimerización
en emulsión
- Polímeros con alto peso
molecular.
- Facil control de la
temperatura.
- Se obtienen polímeros
con alto peso
molecular.
- Presenta altas
velocidades de reacción.
- Polimero contaminado con
los tensioactivo. Es necesario
removerlos antes de usar.
Polimerización
en masa
- Se obtiene un polímero
de alta pureza.
- Se obtiene polímero muy
polidisperso.
- Dificil control de la
temperatura. Generación de
puntos de calentamientos y
explosiones.
Complete la siguiente tabla sobre técnicas de
polimerización:
ACTIVIDAD DE CLASE

37. CLASIFICACIÓN DE POLÍMEROS SEGÚN SU ESTRUCTURA

39. Según su comportamiento a la
temperatura.
 Termoplásticos: Polietileno, poliestireno, etc.
 Termofijos: Resina epoxi, resina fenólica, etc.
 Elastómeros: Polibutadieno, poliisopreno, etc.

40. QUE SON LOS TERMOPLASTICOS?
SON MATERIALES
SÓLIDOS A TEMPERATURA
AMBIENTE
SE CONVIERTEN EN
LIQUIDOS VISCOSOS A
TEMPERATURAS
MAYORES
PUEDEN SUJETARSE
REPETIDAMENTE A
CICLOS DE
CALENTAMIENTO Y
ENFRIAMIENTO SIN
DEGRADARSE

41. QUE SON LOS TERMOFIJOS?
NO TOLERA
CICLOS
REPETIDOS DE
CALENTAMIENTO Y
ENFRIAMIENTOS .
SI SE RECALIENTA SE
DEGRADAD .
A ELEVADAS
TEMPERAURAS
ENDURECE EL MATERIAL
Y LO CONVIERTE EN UN
SOLIDO INFUSIBLE
SON SIEMPRE
AMORFOS Y NO
EXIBEN
TEMPERATURA DE
TRANSICION
VITREA

42. RESINAS TERMOFIJAS
TERMOFIJOS
FENOLICAS
EPOXICAS
POLIURETANO
MELAMINE
UREA , RESINAS
POLIESTER

43. POLIMEROS TERMOFIJOS MAS
IMPORTANTES
AMINORESINAS
Resinas para maderas
Enchapadas
Formica y laminados para
Mesas y puertas
EPOXICOS
Recubrimientos superficiales
Pisos industriales
Compuestos reforzados
con fibra de vidrio
POLIURETANOS
*Son usados en la epumas
Para tableros de la construccion y
Paredes de refrigeradoras
POLIESTERES
•Base de pinturas
•Barnices
•Lacas
FENOLICOS
•Conocido comercialmente
como la BAKELITA
*Maderas contrachapadas
*tarjetas para circuitos

44. PROPIEDADES DE LOS TERMOFIJOS
SON
FRAGILES NO
POSEN
DUCTILIDAD
CAPACES DE
FUNCIONAR
A TEMP. MAS
ALTAS
NO PUEDEN SER
REFUNDIDOS SE
DEGRADAN O SE
QUEMAN
MENOS
SOLUBLES
EN LOS
SOLVENTES
COMUNES

45. QUE SON LOS ELASTÓMEROS?
SON POLIMEROS
CAPACES DE SUFRIR
GRANDES
DEFORMACIONES
ELASTICAS CUANDO
SE LES SUJETA
RELATIVAMENTE A
ESFUERZOZ BAJOS .
ALGUNOS
ELASTOMEROS
PUEDEN SOPORTAR
EXTENSIIONES DE
HASTA EL 500% O MAS
Y RETORNAR A SU
FORMA ORIGINAL

46. QUE SON LOS ELASTOMEROS O HULES?
EXIBEN UNA EXTREMA
EXTENSIBILIDAD ELASTICAS .
ALGUNOS PUEDEN ESTIRARASE
ALARGANDO 10 VECES SU
LONGITUD Y RECUPERAR SU
FORMA ORIGINAL

47. CARACTERISTICAS DE LOS ELASTOMEROS O
HULES
CATEGORIAS
SINTETICOS
HULE NATURAL
REPRESENTAN EL 15% DEL
MERCADO TOTAL DE POLIMEROS
SIENDO EL MAS GRANDE EL DE
LLANTAS PARA AUTOMOTORES

48. PROPIEDADES FÌSICAS

49. IMPORTANCIA COMERCIAL Y
TECNOLOGICA DE LOS POLIMEROS
IMPORTANCIA
SE PUEDEN MOLDEAR PARA CONFORMAR
PARTES DE INTRICADA GEOMETRIA
SIN RECURRIR A PROCEDIMIENTOS POSTERIORES
SON TRASLUCIDOS Y
TRANSPARENTES LO QUE LE
PERMITE COMPETIRCON
EL VIDRIO
REQUIEREN DE MENOS ENERGIA PARA
SU PRODUCCION DEBIDO A QUE SU TEMP.
DE TRABAJOSON MUCHO MAS BAJAS
CON RELACION AL METAL
VOLUMETRICAMENTE SON
COMPETITIVOS EN
COSTOS CON LOS METALES
ALTA RESISTENCIA A
LA CORROSION
BAJA CONDUCTIVIDAD
ELECTRICA Y TERMICA
BAJA DENSIDAD CON RELACION
A LOS METALES Y CERAMICOS
BUENA RELACION DE RESISTENCIA
SE USAN AMPLIAMENETE
EN MATERIASLES
COMPUESTOS

50. Propiedades generales de los tres tipos
de polímeros

51. Factores que afectan a las
propiedades del polímero.

52. ACTIVIDAD DE CLASE
Sobre polímeros y sus propiedades. Marque verdadero (V) o
falso (F)
( F ) Las etapas de la polimerización por radicales libre son:
Iniciación y terminación.
( F) El nylon se puede obtener mediante polimerización por
adición
( F ) Los polímeros son aislantes térmicos y eléctricos y más
pesados que los metales.
( F ) El polietileno es un termofijo y puede obtener mediante
polimerización por condensación.

53. Grado de Polimerización.

54. Peso molecular (Daltons)

55. TACTICIDAD
En polímeros se refiere al arreglo esteroquímico en centros
quirales de la macromolécula.

56. Propiedades mecánicas de los
polímeros

59. ( ) Las etapas de la polimerización por adición son
Iniciación, propagación y terminación.
( ) El nylon se puede obtener mediante polimerización por
condensación.
( ) Los polímeros son aislantes térmicos y eléctricos y más
ligeros que los metales.
( ) Los polímeros termofijos pueden soportar ciclos de
enfriamiento y calentamiento sin degradarse.
( ) El peso molecular de una cadena polimérica de
polietileno con un grado de polimerización de 10000 es
280000 Daltons. (-CH2-CH2-)
Sobre polímeros y sus propiedades. Marque verdadero (V)
o falso (F)
ACTIVIDAD DE CLASE

60. (V ) Las etapas de la polimerización por adición son
Iniciación, propagación y terminación.
(V ) El nylon se puede obtener mediante polimerización por
condensación.
( V ) Los polímeros son aislantes térmicos y eléctricos y más
ligeros que los metales.
( F ) Los polímeros termofijos pueden soportar ciclos de
enfriamiento y calentamiento sin degradarse.
( V ) El peso molecular de una cadena polimérica de
polietileno con un grado de polimerización de 10000 es
280000 Daltons. (-CH2-CH2-)
Sobre polímeros y sus propiedades. Marque verdadero (V)
o falso (F)
ACTIVIDAD DE CLASE

61. ACTIVIDAD DE CLASE
Visualizar el video sobre procesamiento de polímeros:
Link:
https://youtu.be/bFrb9tFhYNw

62. ACTIVIDAD DE CLASES
¿Qué diferencia hay entre el proceso de extrusión e inyección
de plástico?
Qué aplicaciones importantes tienen el proceso de extrusión
e inyección de plásticos?
Link:
https://youtu.be/4kVGXWtnXGM