Materials

RA1

Professora: Anna SubiratsCurs: 2024/2025Cicle Formatiu Superior

Materials

¿Què és un material?

És una substància amb estructura i propietats determinades que s'utilitza per a la fabricació o reparació de productes

Classificació dels materials

Anima tu contenido y llévalo al siguiente nivel

Taula periòdica dels elements

Anima tu contenido y llévalo al siguiente nivel

TecnològiquesLes que ens indiquen la disposició d'un material per poder treballar amb ell.

• Ductilitat
• Mal·leabilitat
• Soldabilitat

MecàniquesLes pròpies de cada material (inherents) que permeten diferenciar un material d'un altre.

• Duresa
• Tenacitat
• Elasticitat
• Plasticitat

QuímiquesLes que aconsegueixen cambiar el material alterant la seva composició. Hi ha una reacció química.

• Oxidació
• Corrosió
• Electronegativitat

• Combustió

FísiquesLes que aconsegueixen cambiar el material sense alterar la seva composició. Els seus àtoms no es veuen alterats però exteriorment cambia la seva forma.

• Densitat
• Punt de fusió
• Conductivitat tèrmica i elèctrica

Propietats dels materials

Metalls

Els metalls són els elements químics amb una altra conductivitat tèrmica i elèctrica, són brillants i són sòlids a temperatura ambiental normal (20ºC) a excepció del mercuri, que és líquid. Tenen una bona resistència i duresa. Poden crear aliatges.Posseeixen alta densitat i les seves sals formen ions electropositius (cations) en dissolució i enllaços iònics.

Metalls

Un catió és un ió amb càrrega elèctrica positiva, això és, amb defecte d'electrons.Un anió és un ió amb càrrega elèctrica negativa, això és, amb excés d'electrons.L'enllaç iònic és un dels tres tipus d'enllaç químic habituals.

Metalls

Un aliatge és una mescla homogènia de 2 o més elements, dels quals com a mínim un ha de ser un metall. El propòsit és generar un nou material que contingui les propietats dels dos elements que s'han combinat.

Saps la resposta?

L’or, l’alumini, la plata, el coure i altres metalls no són atrets pels imants perquè són materials diamagnètics o paramagnètics, que tenen propietats magnètiques molt dèbils o oposades als materials que sí que són atrets per imants, com el ferro, el cobalt i el níquel, que són ferromagnètics.Aquests metalls, com el ferro, tenen una estructura atòmica en la qual els electrons es poden alinear fàcilment en respostes a un camp magnètic, creant una força d'atracció significativa. En canvi, en els metalls diamagnètics, com l’or i el coure, els seus electrons es disposen de manera que repel·leixen un camp magnètic aplicat. Els materials paramagnètics, com l’alumini i la plata, tenen alguns electrons no aparellats, però la seva resposta a un camp magnètic és extremadament feble i no genera una atracció observable.Són propietats físiques.

Curiositat

5 Curiositats sobre els metalls

Són aquells productes constituïts per compostos inorgànics i no metàl·lics. La característica fonamental és que són consolidats mitjançant tractaments tèrmics a altes temperatures.Estan formamts per òxids, carburs i nitrurs.Alta duresa i fragilitat.Baixa densitat en comparació als metalls.

No-metalls: Ceràmics

Alta resistència a atacs químics (oxidació, corrosió, etc.)Baixa conductivitat eléctrica y térmica, per tant són bons aïllants.Alta resistència a les temperatures elevades, al desgast i a condicions ambientals agressives en comparació als metalls o polímers.

No-metalls: Ceràmics

Classificació en funció de la seva aplicació:

• Vidre
• Vitroceràmica
• Argila
• Ciment
• Refractaris
• Abrasius

No-metalls: Ceràmics

No-metalls: Polimèrics

Els polímers naturals són macromolècules de gran pes molecular produïdes de manera natural per éssers vius, com plantes, animals o microorganismes. Estan formats per la repetició de monòmers units mitjançant enllaços químics i inclouen substàncies com la cel·lulosa, el midó, la quitina, les proteïnes (col·lagen, queratina) i els àcids nucleics (ADN i ARN). Aquestes molècules compleixen funcions estructurals, energètiques i biològiques essencials, i, a diferència dels polímers sintètics, són biodegradables i respectuoses amb el medi ambient.

No-metalls: Polimèrics naturals

Fusta

Fàcil de treballar: És senzill donar-li forma si s'utilitzen els útils adequats.Baixa densitat: Flota a l'aigua, per la qual cosa s'ha usat per a la fabricació d'embarcacions.Duresa: Propietat que li confereix resistència, encara que varia molt d'uns tipus a altres de fusta.Flexibilitat: Facilitat que presenten moltes fusta per ser doblegada en sentit de les seves vetes.Estètica agradable: Presentant una àmplia varietat de colors, textures i reixats.Baixa conductivitat tèrmica i elèctrica: Pel que es pot utilitzar com a material aïllant.Disponible: La fusta és una recurs natural que tenim a la nostra disposició a tot el món, però hem de cuidar la seva explotació i repoblar els nostres boscos perquè ens continuïn proporcionant fusta en el futur.

No-metalls: Polimèrics naturals

Fusta

No-metalls: Polimèrics naturals

Paper i cartró

No-metalls: Polimèrics naturals

Tèxtils

Origen natural:· Origen animal: llana, seda.· Origen vegetal: lli, cotó, espart, raióOrigen sintètic (ho veurem més endavant)· Resistència a la tracció · Aïllament tèrmic· Elasticitat · Suavitat· Higroscopicitat: absorció d’humitat.· Resistència a productes químics: facilita la tintura i el rentatge

No-metalls: Polimèrics naturals

Els polímers sintètics són materials d'elevat pes molecular obtinguts artificialment a través de processos químics a partir de compostos orgànics com el petroli o el gas natural. Estan formats per llargues cadenes d’àtoms de carboni, combinats amb altres elements com l’hidrogen, l’oxigen, el nitrogen o el clor, depenent del tipus de polímer. Aquests materials es dissenyen per obtenir propietats específiques, com la resistència, flexibilitat o durabilitat, fent-los adequats per a una gran varietat d'aplicacions industrials i comercials.

No-metalls: Polimèrics artificials o sintètics

Polímers termoplàstics

Són materials que, a temperatura ambient, es presenten en estat rígids o flexibles, però que es tornen tous i moldejables quan s’escalfen. Aquesta propietat permet que puguin ser fosos i refosos repetidament sense alterar la seva estructura química, recuperant la seva forma sòlida al refredar-se. Gràcies a aquesta característica, són fàcils de processar i es poden utilitzar per a una gran varietat d’aplicacions com envasos, components industrials i productes de consum.

No-metalls: Polimèrics artificials o sintètics

PLA (àcid polilàctic)

Politereftalat d'etilè (PET)

Policarbonat (PC)

Polipropilè (PP)

Tefló o politetrafluoretilè (PTFE)

Clorur de polivinil (PVC)

Poliestirè (PS)

Polímers termoplàstics

Els més coneguts són:

No-metalls: Polimèrics artificials o sintètics

Polímers termoestables

Són materials polimèrics que han patit una reacció química irreversible durant el seu procés de curat o endurit. Aquesta reacció es produeix mitjançant l’aplicació de calor, pressió o un agent químic, generant enllaços creuats entre les seves cadenes. Un cop endurit, el polímer termoestable no pot ser fos ni reformat per reescalfament, mantenint la seva forma permanent fins i tot a temperatures elevades.

No-metalls: Polimèrics artificials o sintètics

Resina d'epoxi acrílic

Resina de polièster (UP)

Melamina

Baquelita (PH)

Poliuretà (PUR)

Polímers termoestables

Els més coneguts són:

No-metalls: Polimèrics artificials o sintètics

Saps la resposta?

Inserta un vídeo

*La vulcanització és un procés químic exclusiu de la producció de cautxús o elastòmers. Es tracta d'una sèrie de reaccions que afegeixen enllaços covalents entre les diferents cadenes que formen l'estructura polimèrica. S'incorporen additius que modifiquen el polímer per formació de ponts.

Polímers elastòmers

Són materials polimèrics amb una estructura que els confereix la capacitat de deformar-se de manera elàstica quan s'aplica una força i recuperar la seva forma original en cessar aquesta força. Això es degut a les seves cadenes entrecreuades obtingudes en un procés de vulcanització*. Els elastòmers es caracteritzen per la seva gran elasticitat, baixa densitat i resistència a l'abrasió. També s'anomenen gomes.

No-metalls: Polimèrics artificials o sintètics

Elastà o Lycra

Silicona

Neoprè

Polibutadiè

Poliuretà elastòmer

Goma natural

Polímers elastòmers

Els més coneguts són:

No-metalls: Polimèrics artificials o sintètics

La fabricació de peces de plàstic es realitza mitjançant diferents tècniques, generalment agrupades en el que es coneix com a tècniques de motlle, que permeten donar forma als polímers a través de l’aplicació de calor i pressió. Algunes de les tècniques més utilitzades són:

• Motlle per compressió
• Injecció
• Extrusió
• Bufat

Fabricació de polimers artificials o sintètics

Motlle per compressió

En aquesta tècnica, el polímer en estat líquid o pastós es col·loca dins del motlle obert i es tanca aplicant alta pressió i calor fins que s’endureix. És ideal per a la producció de peces de gran resistència i amb gruixos considerables, com accessoris per a la indústria de l'automòbil.

Fabricació de polimers artificials o sintètics

Injecció

És una de les tècniques més comunes per a la producció de peces de plàstic a gran escala. Consisteix a fondre el polímer i injectar-lo dins d’un motlle tancat. Un cop refredat, el plàstic pren la forma de la cavitat del motlle. Aquesta tècnica s’utilitza per fabricar peces amb geometries complexes i detalls precisos, com joguines, components electrònics i carcases.

Fabricació de polimers artificials o sintètics

Extrusió

En aquest procés, el polímer fos es força a passar a través d’un capçal (boquilla) amb forma específica, produint un perfil continu de plàstic amb secció constant (per exemple, tubs, làmines o barres). És ideal per a la fabricació de productes llargs i amb secció uniforme.

Fabricació de polimers artificials o sintètics

Bufat

Es fa servir per a fabricar envasos com ampolles de plàstic. Consisteix a col·locar un tub de polímer fos (anomenat parison) dins d’un motlle i, a continuació, bufar aire a pressió perquè el plàstic s’expandeixi i prengui la forma del motlle.

Fabricació de polimers artificials o sintètics

Materials compostos

Són materials formats per dos o mes constituents amb diferent forma i composició química, i insolubles entre si.Millorem les propietats del nou material.

Materials compostos

Materials compostos

Materials compostos: Matrius

Matrius polimèriquesFetes de polímers com el polièster o l’epoxi, ofereixen flexibilitat i lleugeresa. Quan es reforcen amb fibres de carboni o vidre, augmenten la seva resistència mecànica, fent-les útils en sectors com l’automoció o l’esport.

Matrius ceràmiquesAquestes matrius tenen una alta resistència a la calor però són fràgils. Es reforcen amb fibres de grafit o carboni per millorar la tenacitat. S’utilitzen en entorns d’alta temperatura, com motors o turbines.

Matrius metàl·liquesUtilitzen metalls com l'alumini, el coure i el tità per proporcionar resistència mecànica i capacitat tèrmica. Són ideals per a aplicacions d'alta exigència, com en l’aeronàutica, combinant lleugeresa i resistència.

Materials compostos: Matrius

Materials compostos: Matrius

Combinació de materials matriu-reforç de major aplicació indústria

Materials compostos: Matrius

Exercici 1: A) Determina la densitat d’un material compost format per polipropilè reforçat amb un 20% de fibra de vidre.Sabem que:Densitat PP = 0,91 g/cm3Densitat fibra de vidre = 2,55 g/cm3

Materials compostos: Matrius

Exercici 1: B) Si tinc 5 cm3 del nou compost, calcula la massa de cada constituent.

Materials compostos: Matrius

Exercici 2: A) Determina la densitat d’un material compost format per Plom reforçat amb un 35% de Coure.Sabem que:Densitat CU = 8,4g/cm3Densitat Pb = 11,3 g/cm3B) Si tinc 15 dm3 del nou compost, calcula la massa de cada constituent. Expressa el resultat en kg

Materials compostos: Matrius

Exercici 2: A) B)

Materials compostos: Reforç amb partícules

Es poden classificar segons la mida de les partícules en materials compostos amb micropartícules (quan les partícules són a escala micromètrica) o materials compostos amb nanopartícules (quan les partícules tenen una mida nanomètrica). Aquesta classificació és important perquè la mida de les partícules influeix directament en les propietats mecàniques, com la resistència, la duresa o l'elasticitat del material.

Materials compostos: Reforç amb partícules

Un cermet és un tipus de material compost format per una combinació de ceràmica i metall. Són molt resistents a altes temperatures i bastant lleugers.Els cermets s’utilitzen en aplicacions com eines de tall, recobriments resistents a l’abrasió, components de motors i en entorns on es requereix alta resistència a la calor i durabilitat.

Materials compostos: Reforç amb fibres

Són materials formats per una matriu (generalment un polímer, com la resina epoxi) i una fase de reforç composta per fibres. Aquestes fibres proporcionen resistència mecànica i rigidesa al compost, mentre que la matriu actua com a aglutinant, distribuint les tensions aplicades i protegint les fibres. Una resina epoxi o poliepòxid és un polímer orgànic termoestable que s'endureix quan es barreja amb un agent catalitzador.

Materials compostos: Reforç amb fibres

Materials compostos: Reforç estructural

Són una classe de materials dissenyats per millorar la rigidesa i resistència estructural en aplicacions que requereixen un alt rendiment mecànic. Són molt utilitzats en sectors com l’aeronàutica i la construcció.Tipus principals:Sandwich: Formats per dues capes rígides que envolten un nucli lleuger (com polímers escumats o panells de niu d'abella). Aquests materials ofereixen rigidesa amb pes reduït.Làmines: Composts per capes fines reforçades amb fibres orientades en diferents direccions per proporcionar rigidesa i resistència a la tracció.

Làmines

Sandwich

Materials compostos: Reforç estructural