Este documento proporciona información sobre diferentes materiales no metálicos. Brevemente describe la historia de estos materiales y luego se enfoca en los plásticos, describiendo los diferentes tipos de polímeros, sus propiedades y cómo se fabrican. También cubre otros materiales como la madera, la cerámica y los materiales compuestos de manera más breve.

1. VIADUC DE MILLAU
MATERIALES NO
METÁLICOS
Por : Ign. Mauricio López
CONTENIDO.
CLASIFICACIÓN DE LOS
MATERIALES
RESEÑA HISTÓRICA
EL PLÁSTICO
LA MADERA
LA CERÁMICA
LAS FIBRAS TEXTILES
LOS MATERIALES
COMPUESTOS

2. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES
tecnoatocha.wordpress.com

4. RESEÑA HISTÓRICA
 Aunque no se hace referencia a una edad de Barro o de
la alfarería se han encontrado vasijas de hechas de
arcilla cosida y objetos de vidrio que remontan al año
4000 A.C. en Mesopotamia.
 La civilización egipcia en 2.300 años AC marca un
periodo interesante ya que sus sacerdotes tenían
conocimiento de sustancias de algunas plantas en estas
manipulaciones especiales perfeccionaron algunas
técnicas sorprendentes, se tiene referencia de papiros,
Aceites esenciales, tintas.
La cultura moderna de la segunda mitad del
siglo XX dos materiales de gran importancia
surgen; los plásticos y el silicio.
Introducción a la ciencia de materiales para ingenieros 6 edición Shackelford

6.  Los polímeros están formados de largas cadenas elementales llamadas
monómeros, estas cadenas se repiten cíclicamente dando lugar a moléculas
de gran tamaño.
 Tipos de plásticos: Rígidos, flexibles, elásticos, trasparentes….
 El mas usado es el Polietileno
PolímerosyPlásticos Descubiertos
alrededor del
año 1868
Plásticos
Seda y Caseína
Látex y Celulosa
Obtención inicial
Hasta 1930
Alquitrán
Leo Hendrik
Baekeland
1909
Baquelita
John Wesley Hyatt
Celulosa + alcanfor
+ etanol
Celuloide

7.  Los polímeros se Clasifican en:
PolímerosyPlásticos
Material vegetal
Celulosa y el
caucho
A partir de polímeros
naturales
Celuloide y la ebonita
Industrialmente a partir
de sus componentes
elementales
Polietileno o PVC
ArtificialesNaturales
Obtención
Sintéticos
Características y propiedades comunes:
• Facilidad elaboración de piezas; mas rápido, sencillo y económico.
• Baja densidad; suelen ser mas ligeros que los metales.
• Buenos aislantes eléctricos
• Buenos aislantes térmicos
• Su combustión es muy contaminante
• Resistentes a la corrosión y a los agentes químicos y atmosféricos
• No se hallan de forma natural
• Son muy difíciles de degradar naturalmente
• Baja temperatura de fusión
• Gran plasticidad: capacidad de deformarse antes de la rotura
• Se pueden reciclar

8.  Síntesis de los polímeros:
 Los procesos para obtención de los polímeros se conoce como
polimerización; este proceso puede realizar por adición o por
condensación.
Elaboracióndeplásticos Síntesis de los
polímeros
Petróleo
Gas natural
Carbón
…
Conformación
Objeto plástico
Materias primas
poliméricas
Horno túnel de polimerización

9.  Materia prima (Granza) que son los monómeros que propician la reacción
química.
 A estas se le añaden las cargas (fibra de vidrio, papel, estructuras
metálicas) con el fin de mejorar algunas propiedades.
 Añaden aditivos para conseguir algunas propiedades determinadas;
reducir la fricción, disminuir las degradaciones químicas, aumentar la
conductividad eléctrica, colorear el producto…
 Y todo ello sucede en presencia de un catalizador que es el encargado de
iniciar y acelerar el proceso de la reacción química.
Elaboracióndeplásticos

10.  Conformación
 las industrias utilizan técnicas para darles forma a los polímeros:
 Extrusión
Elaboracióndeplásticos

11. Moldeo por extrusiónElaboracióndeplásticos

12. Moldeo por inyecciónElaboracióndeplásticos

13. Moldeo por espumado
Elaboracióndeplásticos

14. Moldeo por vacío o termo formado
Elaboracióndeplásticos

15. Moldeo por Compresión
Elaboracióndeplásticos

16. Moldeo por calandrado
Elaboracióndeplásticos

17.  Homopolímeros, cuando los monómeros que lo
forman son idénticos y se han formado por adición.
 Copolímeros si los monómeros que lo constituyen
son distintos y se han formado por condensación.
 Entre el numero de moléculas de los polímeros los
monómeros pueden estar unidos entre si formando
una de las siguientes estructuras:
Estructurasmolecularesdelospolímeros
Estructuras
lineales
Estructuras
ramificadas
Estructuras
entrecruzadas
Estructuras
reticulares
Termoplásticos
Termoestable
Elastómeros
No hay reacciones secundarias Genera residuo por lo general H2O

18.  Las propiedades de los polímeros pueden ser mejoradas añadiendo
diversas sustancias o aditivos:LosAditivos
 Los aditivos no afectan la estructura molecular de los
polímeros
ignífugos
Formulaciones empleadas en la industria:
1. Objetos blandos de PVC: cabezas o
piernas de muñeca.
2. Fabricación de botellas mediante
soplado.
3. Artículos rígidos de PVC.
4. Espuma de densidad 0.2 𝑔/𝑐𝑚 3
5. Cables semirrígidos.

19.  Muchas propiedades de los polímeros, por ejemplo la resistencia
mecánica, la elasticidad de los cauchos, la temperatura de transición
vítrea de los plásticos amorfos o la temperatura de fusión de las fibras y
materiales semicristalinos, se debe al alto peso molecular de los mismos.
Propiedadesdelospolímeros
Etileno
 Ejemplo el Nailon (PA) por ejemplo de peso molecular 1000-2000
es un solido frágil mientras a peso molecular las elevado es un
solido altamente tenaz.

20.  Propiedades eléctricas:
 Malos conductores eléctricos, por lo que son empleados como
aislantes. Para evitar cargas estáticas como antiestáticos, la
superficie del polímero tiene una conducción parcial de cargas.
 Propiedades Físicas:
 El estudio de difracción de rayos x sobre el polietileno muestra que
este material esta constituido por moléculas que pueden contener
desde 1.000 hasta 150.000 grupos 𝐶𝐻2 − 𝐶𝐻2 presenta ciertas
regiones con ordenamiento cristalino y otras donde evidencian
carácter amorfo.
 A temperaturas bajas los polímeros se vuelven mas duros con ciertas
propiedades vítreas debido a la perdida de movimiento relativo entre
las cadenas que forman el material.
Propiedadesdelospolímeros

21.  Propiedades Mecánicas.
 Algunos atributos consecuencia directa de su composición, así como de su
estructura molecular tanto a nivel molecular como supramolecular.
Actualmente se estudia en mejorar estas propiedades.
Propiedadesdelospolímeros
Ensayos de Fluencia: carga fija. Ensayos de Relajación: deformación fija.
A limite proporcionalidad Ley de Hook AB todavía hay comportamiento elástico
B limite elástico o punto de fluencia BC material pierde elasticidad se hace dúctil
C material adquiere un reforzamiento CD comportamiento como un cuerpo solido
D limite de deformación, resistencia a la ruptura, en el caso de tracción alargamiento de ruptura
Modulo
de Young
Plásticos
duros
modulo
alto
Plásticos
blandos
modulo
bajo

22.  Ensayos de impacto:
 Se define como la energía absorbida de un material por unidad de
área ante un impacto. Depende de la forma y tamaño del material los
dos ensayos mas comunes son los de tipo péndulo o tipo dardo.
Ensayo de tracción Ensayo de Flexión
Ensayo de
compresiónPropiedadesdelospolímeros

23.  La energía de impacto se calcula por la
ecuación de la energía potencial E=mgh
donde ha se calcula estadísticamente
considerando las condiciones en las que
hay un 50% de posibilidad de fallo.
Ensayo tipo dardoPropiedadesdelospolímeros

24.  Ensayo tipo péndulo o Charpy
 Determina la resistencia de los polímeros y de algunos metales obteniendo
un valor de estirado del material este valor depende de la temperatura.
Propiedadesdelospolímeros
Georges Charpy
(1865-1945)
(Rhone-Alpes, Francia)
 Se calcula con la energía potencial
𝐸 = 𝑚𝑔ℎ, la diferencia de energía
potecial entre el punto inicial y
final es la energía empleada por el
péndulo durante el ensayo.
 Δ𝐸 = 𝑚𝑔(ℎ𝑜 − ℎ𝑓)
Ensayo de impacto con equipos instrumentados.

25. Clasificacióndelospolímeros

26. POLICARBONATO (PC)
Características
Aplicación
TERMOPLÁSTICOS

27. CLORURO DE POLIVINILO (PVC)
Características
Aplicación
TERMOPLÁSTICOS

28. POLIPROPILENO (PP)TERMOPLÁSTICOS
Características
Aplicación

29. POLIETILENO (PE)TERMOPLÁSTICOS
Características
Aplicación

30. METACRILATO (PMMA)
TERMOPLÁSTICOS
Características
Aplicación

31. POLIESTIRENO (PS)
TERMOPLÁSTICOS
Características
Aplicación

32. ACRILONITRILO-BUTADIENO-ESTIRENO (ABS)
TERMOPLÁSTICOS
Características
Aplicación

33. FLOUROPLÁSTICOS. TEFLÓN.
TERMOPLÁSTICOS
Características
Aplicación

34. RESINAS FENÓLICAS (BAQUELITA)
TERMOESTABLES
Características
Aplicación

35. RESINAS MELAMÍNICA (MELAMINA)
TERMOESTABLES RESINAS ÚRICAS (FORMICA)
Características
Aplicación
Características
Aplicación

36. RESINA DE POLIÉSTER
TERMOESTABLES
Características
Aplicación

37. RESINA EPOXI
TERMOESTABLES
Características
Aplicación

38. POLIURETANO (PUR)
TERMOESTABLES
Características Aplicación

39. CAUCHO NATURAL
 Se obtiene a partir del látex que es un jugo que exudan ciertos arboles
tropicales haciendo cortes al tronco. El árbol mas importante es la Hevea.
 El producto es blando y flexible pero endurece al ser sometido a
vulcanizado, agregando azufre seguido de aumento en la temperatura 145
°C y 5 atm. Proceso descubierto por Ch. Goodyear en 1839.
 Con el 5 % de azufre sigue siendo elástico y con el 40 % se obtiene un
producto duro conocido con el nombre de ebonita.
ELASTÓMEROS
Características

40. CAUCHO SINTÉTICO
 Fue obtenido en Alemania durante la guerra de 1914 por las dificultades en la importación de
látex. Se obtiene por polimerización del hidrocarburo butadieno y sodio como catalizador.
 Sus materias primas industriales son: el alcohol etílico, el gas natural, el petróleo y el acetileno,
designándolo butadieno.
 Se obtiene a partir de butano obtenido por cracking del petróleo.
 Las propiedades son similares a las del caucho vulcanizado pero potenciadas.
 Existen otros tipos de cauchos sintéticos entre los cuales:
ELASTÓMEROS

41. Recicladodelospolímeros
Reciclado mecánico.
Termoplásticos tienen la ventaja de
ser fácil reciclados.
• Se recoge
• Se clasifica
• Se trituran
• Se funden y vuelven a moldear
Reciclado químico.
Termoestables son sometidos a un
proceso inverso a la polimerización
con el fin de obtener material base.
Incineración.
Algunos plásticos poseen un elevado
poder calorífico y su combustión no
resulta contaminante, por lo tanto
son empleados como combustibles.

42. LA MADERA
Clasificación
Madera Natural
Madera Artificial

43.  La madera es un material natural con una estructura compleja y no
homogénea que básicamente esta formado por moléculas de celulosa
reforzadas por una sustancia polimérica llamada lignina.
Clasificación
Naturales Duras Blandas
Sintéticas Contrachapada Aglomerada Alistonada

44.  En la industria los arboles se clasifican en arboles de madera blanda
(pino y abeto) y madera dura (roble). Cuanto más densa es la
madera, más fuerte y dura será. Estas propiedades dependen de lo
seca que esté la madera y de la dirección en la que esté cortada con
respecto a la veta; siempre es mucho más resistente cuando se corta
en la dirección de la veta, por eso las tablas y otros objetos como
postes y mangos se cortan a favor de veta.
MaderaNatural
Naturales
Se obtienen con cortes tangenciales
del tronco utilizando hojas de acero
especia de un grosor de 0,3 a 0,6 mm

45. TransformaciónmaderaNatural

46. MaderaArtificial
Contrachapada
Se consiguen chapas de madera natural
encolada, también conocido como
multilaminado .
Aglomerada
Se forman a partir de partículas de madera
en una matriz de resina (formaldehido) y
se prensa
Tablex y DM
Esta formado de partículas de madera
mucho mas pequeñas que las del
aglomerado que son prensadas
humedecidas sin colar

47. Se forman a partir de listones de madera
blanda encolada con resina lateralmente
por las dos caras con dos o cuatro chapas
de madera dura
Alistonados
MaderaArtificial
Sintéticas
Se obtienen a partir de resinas
sintéticas especialmente de
melanina formaldehida

48.  La madera tiene una estructura fibrosa formada básicamente por
celulosa, 𝐶6 𝐻12 𝑂5, (60 %), que constituye la estructura resistente de los
vegetales, y lignina, 𝐶19 𝐻24 𝑂14, que proporciona la rigidez y dureza a la
madera. Además contiene, en menor proporción, resinas, almidón,
azúcares, taninos, colorantes, alcoholes, y alcanfor, que son productos
de utilidad industrial.
Estructuradelamadera
Un corte transversal del tronco nos permite apreciar la
estructura interior, que está formada por las siguientes partes:
Corteza
Es una capa impermeable que recubre el árbol protegiéndole de
agentes atmosféricos exteriores.
Albura
Es la madera joven del árbol y está irrigada por mayor cantidad de savia, lo que la hace más
vulnerable a la carcoma. Con el tiempo se convierte en madera más dura.
Duramen
Es la madera con dureza y consistencia, formada por tejidos que han alcanzado su total desarrollo procedentes de la
transformación de la albura.
Núcleo o médula
Es la parte central y más vieja del árbol. Está formada por células tubulares sin prácticamente agua, que ha sido
sustituida por resinas.

49. Elpapel

50. Elpapel

51.  El corcho se obtiene de una árbol llamado comúnmente alcornoque.
 El descortezado se realiza cada 9 años
 Se emplea fundamentalmente como aislamiento térmico y acústico,
también para la fabricación de tapones.
Elcorcho

52. • Acilla
• Cemento
• Refractarios
• Vidrio
• Abrasivos
Materiales Cerámicos

53.  Los materiales cerámicos tradicionales están fabricados con materias
primas de yacimientos naturales, con o sin proceso de beneficiación
para eliminar impurezas a fin de aumentar su pureza, tales como los
materiales arcillosos.
 Los materiales cerámicos avanzados están fabricados con materias
primas artificiales que han sufrido un importante procesado químico
para conseguir una pureza alta y una mejora de sus características
físicas.
Materialescerámicos Los materiales cerámicos son aquellos productos (piezas,
componentes, dispositivos, etc.) constituidos por compuestos
inorgánicos, no metálicos, cuya característica fundamental es que
son consolidados mediante tratamientos térmicos a altas
temperaturas

54. Materiales cerámicos porososMaterialescerámicos

55. Materiales cerámicos impermeablesMaterialescerámicos

56. Los materiales cerámicos tienen una serie de características en común:
 Son materiales duros y frágiles.
 Son muy resistentes al desgaste, por eso, se usan para fabricar
herramientas de corte.
 Son muy resistentes a la oxidación y a la corrosión.
 Son inertes y biocompatibles, de ahí que sean muy útiles en la fabricación
de prótesis y articulaciones en medicina.
 Poseen puntos de fusión altos, motivo por el cual resisten temperaturas
más elevadas que los metales.
 Son económicos, debido a que la materia prima de la que están
compuestos es muy barata, aunque su proceso de fabricación resulte
elevado
Característicasmaterialescerámicos

57. ElVidrio

58.  Las propiedades enumeradas anteriormente hacen que las cerámicas
avanzadas sean útiles como componentes de motores, quemadores,
intercambiadores de calor, etc. Por sus propiedades eléctricas son útiles
como capacitadores piezoeléctricos, termistores, sustratos de circuitos
integrados, aisladores, soportes de semiconductores, condensadores de alta
tensión, etc. Por sus propiedades ópticas se utilizan como ventanas de
infrarrojos, construcción de láseres y de lámparas de sodio de alta presión.
Por su dureza y resistencia a la abrasión encuentra utilidad como
herramientas de corte. Por otro lado, muchos de ellos son biocompatibles y
pueden ser utilizados en el campo de la medicina como implantes óseos
(huesos y rótulas).
Aplicacionesdecerámicos

59.  El yeso es sulfato de calcio dihidratado (𝐶𝑎𝑆𝑂4 ·
2𝐻2𝑂), se comercializa molido, en forma de polvo,
se obtiene del aljez, una piedra natural
sedimentaria, incolora o blanca en estado puro, pero
debido a impurezas puede presentar tonalidades
grises, castaño o rosado.
 El proceso de fraguado.
 Acelerante: sulfato de potasio
 Retardarte: alcohol o aceites
ELYeso
Propiedades principales:
Se adhiere con facilidad a metales pero no a la
madera.
Es muy higroscópico (absorbe mucha agua)

60.  Cemento es un aglomerante (especie de pegamento) en forma de
polvo que tiene la propiedad de endurecer (fraguar) una vez que se le
ha añadido agua y se ha dejado secar, incluso en ausencia de oxígeno.
Cuando fragua adquiere una buena resistencia a la compresión.
ELCemento

61.  Existen diversos tipos de cemento, diferentes por su composición, por sus
propiedades de resistencia y durabilidad, y por lo tanto por sus destinos y usos:
 El hormigón resulta de mezclar íntimamente cemento, grava, arena y agua, que
va solidificando progresivamente, el producto final es un material que.
 La estructura de hormigón armado está compuesta por diferentes materiales
que trabajan en conjunto frente a la acción de las cargas a que está sometida. El
acero cumple con la misión de soportar los esfuerzos de tracción y cortadura a los
que se someten las estructuras soporta muy bien los esfuerzos de compresión
 El hormigón pretensado son unas vigas de hormigón sometidos
intencionadamente a esfuerzos de tracción previos a su puesta en servicio. Esta
técnica se emplea para superar la debilidad natural del hormigón a los esfuerzos
de tracción, se empezó a utilizar en 1920.
ELCemento

62. Ver Video cuchillos cerámicos de zirconio
Materialescerámicos

63. LAS FIBRAS TEXTILES

64. Fibras

65. Fibras naturales de origen mineral
Fibras

66. Fibras naturales de origen vegetal
Fibras

67. Fibras naturales de origen animal
Fibras

68. MATERIALES COMPUESTOS Y NUEVOS
MATERIALES

69.  Cristales líquidos: son utilizados en las pantallas de los
televisores y de los ordenadores (óxido de estaño dopado
con indio).
 Biomateriales: Muy utilizados en el campo de la
implantación de prótesis, o de piel artificial.
 Materiales fosforescentes: Se utilizan para recubrir las
paredes interiores de ciertos monitores o pantallas.
reaccionan iluminándose cromáticamente, para lo que se
emplea, óxido de itrio (𝑌2 𝑂3), silicato de zinc (𝑍𝑛2 𝑆𝑖𝑂4).
 Materiales inteligentes: Con memoria de forma, los que
se autoreparan.
 Materiales híbridos, (optoelectrónica): En vez de emplear
electrones como portadores de la señal, emplean fotones.
 Materiales superconductores: Empleados en la
fabricación de imanes permanentes, permiten la
utilización de campos magnéticos muy potentes y
estables, que prácticamente no presentan consumo
energético, nioburo de estaño y de aleaciones con titanio
y niobio.
Materialescompuestos

70.  El carbono es un material que, según su estructura cristalina, es capaz de
tomar la forma del grafito o del diamante, también puede convertirse en un
material con cualidades únicas.
 Las fibras de carbono muy pequeñas, sumergidas en un polímero de
soporte (normalmente resina) resultan un material muy liviano y
sumamente resistente.
 Cada filamento de carbono es la unión de muchas miles de fibras de
carbono. Un filamento es un fino tubo con un diámetro de 5-8
micrómetros.
FIBRADECARBONO
• Alta resistencia mecánica y gran flexibilidad.
• Baja densidad, es un material mucho más resistente y
liviano que numerosos metales.
• Buen aislante térmico.
• Resistente a numerosos agentes corrosivos.
• Resistente a las variaciones de temperatura y con
propiedades ignífugas.

71.  Son estructuras tubulares cuyo diámetro es del tamaño del
nanómetro. Existen nanotubos de muchos materiales, tales como
silicio o nitruro de boro pero, generalmente, el término se aplica a los
nanotubos de carbono.
 Los nanotubos de carbono son las fibras más fuertes que se conocen.
Un solo nanotubo perfecto es de 10 a 100 veces más fuerte que el
acero por peso de unidad y poseen propiedades eléctricas muy
interesantes, conduciendo la corriente eléctrica cientos de veces más
eficazmente que los tradicionales cables de cobre. También presentan
una gran elasticidad.
NANOTUBOS

72.  Se puede fabricar a partir diferentes materiales, tales como, sílice,
circonio, o carbono, entre otros. Está compuesto por entre un 90 % y
un 99,8 % de aire, es mil veces menos denso que el vidrio y unas tres
veces más denso que el aire, solo unos 3 miligramos por centímetro
cúbico.
 Tiene al tacto una consistencia similar a la espuma de poliestireno.
 Entre sus propiedades se destacan el hecho de ser casi tan liviano
como el aire y al mismo tiempo muy resistente, puede soportar más
de 1000 veces su propio peso, así como su sorprendente capacidad
como aislante térmico, lo cual lo vuelve sumamente atractivo para
diversas aplicaciones.
SOLGEL

73.  Tiene una estructura laminar plana, de un átomo de grosor,
compuesta por átomos de carbono densamente empaquetados en
una red cristalina en forma de panal de abeja. Presenta excelentes
propiedades, como:
GRAFENO
• Alta conductividad térmica y eléctrica.
• Alta elasticidad y dureza.
• Resistencia (200 veces mayor que la del acero).
• Capacidad de reaccionar químicamente con otras
sustancias para formar compuestos con diferentes
propiedades, lo que dota a este material de gran
potencial de desarrollo.
• Soporta la radiación ionizante.
• Es muy ligero, como la fibra de carbono, pero más
flexible.
• Menor efecto Joule, se calienta menos al conducir
los electrones. Consume menos electricidad para
una misma tarea que el silicio.
Entre sus aplicaciones podemos destacar su uso en pantallas táctiles, flexibles, planas y
transparentes, móviles, células fotovoltaicas, sensores, fibra óptica, transistores...

74. Curiosidades
 A mediados del siglo XIX en plena fiebre del oro, en las zonas mineras
de California Levis Strauss confeccionó unos pantalones para ser
usados por los mineros, que soportaran las duras condiciones de
trabajo. Así nacieron los actuales pantalones vaqueros,
confeccionados con el tejido “denim” que es un tejido muy denso de
algodón grueso, en que la urdimbre y la trama se entrecruzan en
diagonal
 Sabías que: El término "cristal" es utilizado erróneamente como
sinónimo de vidrio, aunque es incorrecto ya que el vidrio es un sólido
amorfo y no un cristal propiamente dicho.

75. Bibliografía
 Introducción a la ciencia de materiales para ingenieros 6 edición
Shackelford.
 Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales 4 edición smith
 Instituto de enseñanza a distancia Andalucía, Ingeniería Industrial.
 Google imágenes.
 Slideshare contenidos Avantime Press.
 Tecnoatocha wordpress.
 Estructura de los polímeros por http://iq.ua.es/TPO/Tema1.pdf