Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Prepara tus exámenes con los documentos que comparten otros estudiantes como tú en Docsity
Encuentra los documentos específicos para los exámenes de tu universidad
Estudia con lecciones y exámenes resueltos basados en los programas académicos de las mejores universidades
Responde a preguntas de exámenes reales y pon a prueba tu preparación
Consigue puntos base para descargar
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Comunidad
Pide ayuda a la comunidad y resuelve tus dudas de estudio
Ebooks gratuitos
Descarga nuestras guías gratuitas sobre técnicas de estudio, métodos para controlar la ansiedad y consejos para la tesis preparadas por los tutores de Docsity
Asignatura: Ciencia de materials, Profesor: , ,, Carrera: Química, Universidad: UB
Tipo: Ejercicios
1 / 46
Esta página no es visible en la vista previa
¡No te pierdas las partes importantes!
Departament de Ciència dels Materials i Enginyeria Metal·lúrgica Facultat de Química Universitat de Barcelona
Alumne________________________________
Ensenyament___________________________
Grup de Pràctiques_______________________
Grup de Teoria__________________________
Curs__________________________________
L’objectiu d’aquestes pràctiques és complementar els coneixements adquirits a l’aula. Aquest coneixements s’agrupen en diferents temes:
MATERIALS POLIMÈRICS Iniciar-se en el món dels materials polimèrics, determinant algunes de les seves propietats. Es realitza també la preparació de dos materials polimèrics, un de rígid i un d’elàstic.
VIDRES CERÀMICS Preparar un material ceràmic a partir de primeres matèries o de material de reciclatge. Comprovar l’efecte de la composició del vidre en una de les seves propietats més importants, la viscositat. Iniciar en el treball a elevades temperatures. Efecte de la composició en el xoc tèrmic.
METAL·LOGRAFIA. Conèixer el procediment de preparació d’un material per poder realitzar la caracterització microestructural, aplicant les operacions convencionals de desbast, polit i atac químic. Adquirir les idees generals sobre el microscopi metal·logràfic.
TRACTAMENT TÈRMIC D’UN ACER Es tracte de realitzar diferents tractament tèrmics a un acer hipoeutectoide de baix aliatge, per tal de comprovar com les seves propietats es veuen modificades en funció del tractament realitzat. Es mesura la duresa de l’acer després de cada tractament per tal d’observar-ne la variació.
PROPIETATS MECÀNIQUES Introducció en el coneixement de les propietats mecàniques dels materials, en els conceptes fonamentals d’aquestes propietats i en l’assaig convencional de tracció.
Les pràctiques es realitzen en horaris de matí o tarda durant cinc dies lectius. Cada dia, l’estudiant presentarà un esquema (màxim una pàgina) de la pràctica a realitzar que juntament amb els objectius, les condicions experimentals i els resultats obtinguts es recolliran a la llibreta. Aquesta llibreta serà l’únic material del que l’estudiant disposarà per contestar el Qüestionari d’Avaluació
Cal portar:
Iniciar-se en el món dels materials polimèrics, determinant algunes de les seves propietats.
INTRODUCCIÓ Els polímers són materials constituïts per molècules orgàniques d’alt pes molecular (macromolècules) que formen cadenes llargues i flexibles amb un esquelet d’àtoms de carboni. dins de cada molècula, els àtoms de carboni estan units per enllaços covalents, mentre que els enllaços secundaris tipus Van der Waals són els responsables de les unions entre les diferents cadenes o entre diferents parts d’una mateixa cadena. són justament aquests últims els responsables de la gran majoria de propietat dels polímers. Entre les propietats més remarcables dels polímers cal destacar: baixa densitat, baixa conductivitat elèctrica, baixa temperatura de fluència, etc. A la taula 1 podem observar algunes d’aquestes propietats:
Taula 1 Algunes propietats de termoplàstics
d(g/cm^3 ) TF (C) Tg (C) E (GPa) %Crist
Polietilè bd(LDPE) 0.92-0.93 98-115 - 110 0.17-0.28 40-
Polietilè ad(HDPE) 0.95-0.96 130-137 -. 90 1.07-1.09 70-
Polipropilè (PP) 0.90-0.91 168-175 - 20 1.14-1.55 50-
Poli(clorur de vinil) 1.30-1.58 ~212 75-105 2.4-4.1 amorf (PVC) Poliestirè (PS) 1.04-1.05 150-243 74-105 2.38-3.28 amorf
Poli(metacrilat de metil)1.17-1.19 160 85-105 2.24-2.34 amorf (PMMA) Policarbonat 1.20 270 150 2.38 amorf (PC) Poli(tereftalat d’etilè) 1.29-1.40 245-265 73-80 2.76-4.14 < 30 (PET)
Aquesta pràctica consta de dos apartats, en el primer apartat es preparen un polímer termoplàstic i un termostable En el segon apart. s’identifiquen cinc polímers mitjançant tècniques senzilles d’assaig.
d’àtoms covalentment. Les cadenes s’uneixen entre elles per enllaços secundaris. Els termoplàstics més típics es presenten a la Fig.
Fig. 2 Termoplàstics típics
1.1 Resines epòxid
Les resines epoxÍdiques (ep) són una família de materials termostables que no donen productes de reacció durant el curat (entrecreuament) i per tant presenten poca contracció. tenen bona adherència bona resistència química, bones propietats mecàniques i bon comportament com aïllants elèctrics. Es caracteritzen per tenir dos o més grups epòxids per molècula, presentant una estructura química general, com la que s’indica en la fig..3:
Fig.3 Esquema general d’una resina epòxid
Per resines solides n=2 o més gran. Per formar materials sòlids termostables, les resines epòxid s’han de curar mitjançant agents de lligament creuat (enduridors) i/o catalítics per tal de desenvolupar les propietats desitjades. Els grups epòxids i hidroxílics son llocs de reacció per lligament creuat.
Les resines EP reactives es preparen (Fig.4) per reacció de compostos epoxídics com l’epiclorhidrina (1-clor-2,3-epoxipropà) amb compostos amb hidrògens actius, com els fenols, en medi bàsic.
Polietilè (PE) Polipropilè (PP) Poliestirè (PS) Poli(clorur de vinil (PVC)
Poli(metacrilat de metil) (PMMA))
Poli(tetrafluoroetilè) (PTFE)
Poli(hexametilen adipamida) (Nilò 6,6)
Poli(tereftalat d’etil) (PET) (^) Policarbonat (PC)
Fig.4 Preparació d’un prepolímer
El producte (prepolímer), anomenat èter glicídic, és un compost lineal, no reticulat, líquid i viscós que quan reacciona amb compostos amb varis hidrògens reactius com amines polifuncionals ó àcids carboxílics donen lloc a les resines epoxídiques termostables (Fig.5) com per exemple:
Fig.5 Obtenció d’una resina epòxid
Les resines epòxid polimeritzen a pressió normal i temperatura ambient, alliberant calor.
Fig.6 Mecanisme de formació per radicals lliures
En el cas del polimetacrilat de metil (Fig.7) ,per un mecanisme semblant, tindríem:
Fig.7 Mecanisme de formació del polimetacrilat de metil
En el cas de la resina acrílica estirenada, té com a component principal el polimetacrilat de metil (PMMA) i com a segon component, en menor proporció, el poliestirè. La resina obtinguda no presenta per tant les propietats ni d’un ni de l’altre component. El poliestirè s’uneix amb les cadenes de polimetacrilat ,per enllaços secundaris febles, conferint al conjunt flexibilitat i una certa elasticitat.
1.2.1 Part experimental
Materials Vaset porta mostra Espàtula Balança Resina acrílica estirenada Desemmotllant Vidre Film transparent Motlles Guants
Radical lliure de peròxid de benzoil Estirè
Radical lliure d’estirè
Radical lliure Metacrilat de metil (^) Polimetacrilat de metil
Procediment Prepareu els motlles d’alumini untant-los amb desemmotllant per la part interior i inferior, col·loqueu-los sobre el film transparent en una zona prèviament untada amb desemmotllant. Peseu, en el vaset porta mostra, 12 g de resina acrílica estirenada, tanqueu bé el pot de la resina. Aboqueu-la de forma uniforme en el motlle procurant que quedi ben repartida ajudant-vos amb una espàtula de vidre. Anoteu l’hora. Comproveu amb un escuradents el grau d’enduriment punxant la mostra als 30 i 60 minuts d’haver finalitzat la preparació. Deixeu curar la resina durant 24 hores a temperatura ambient ó en estufa a 60ºC segons us indiqui el professor. Comproveu la seva resistència.
2. Identificació de termoplàstics
La identificació de polímers es una tasca complicada que requereix de varies tècniques instrumentals (IR, UV, DRX, etc.), degut principalment a la gran quantitat de polímers que existeixen i a la gran quantitat d’additius que s’utilitzen per tal de millorar les seves propietats. L’objectiu d’aquest apartat és utilitzar un seguit d’assaigs senzills per tal de poder identificar alguns dels polímers més utilitzats, tot i tenir present que una bona identificació necessita sempre de les tècniques instrumentals abans esmentades. Entre aquests mètodes senzills duts a terme en el laboratori tenim:
Observació de la mostra: Color, lluentor, textura, tipus de fractura (generada per un impacte), etc. Assaig a la flama: La majoria de termoplàstics es descomponen a elevades temperatures, reaccionant amb l’oxigen i donant productes gasosos, cendres, ceres, líquids, etc. alguns d’ells tòxics i perillosos. Alguns s’apaguen al retirar-los de la flama, altres continuen cremant. Alguns fonen abans de cremar. Piròlisis: Descomposició pel calor en absència d’oxigen Assaig de densitats: La densitat dels termoplàstics es troba al voltant de la de l’aigua. En la determinació de la densitat intervindrà a més a més del tipus de polímer, la mida de partícula, la forma i la presència d’additius. Podem preparar líquids de diferent densitat. Assaig en dissolvents: En funció de la composició del polímer, tindrem diferents comportaments (dissolució, inflament, etc.) enfront a dissolvents polars o apolars.
Propietats d’alguns plàstics PLÀSTIC SOLUBILITAT Comportament a PIRÒLISI Fusió vapors
Comportament a la FLAMA MC EA AC Fusió olor PE u-q u- q
u- q
I n IIb parafina
PP u-q u- q
u I-II n IIb Parafina,afruitat
PS l l l I-II,IV n IIa + dolç, gas ciutat. S/B l l q III n IIa + dolç, gas ciutat. a goma SAN q-l l l II-III a IIa + dolç, gas ciutat, afruitat intens ABS q-l l l II-III n IIb + dolç, gas ciutat. a goma PVC rígid q q q III ss I Vapors molt àcids i corrosius No olorar
PVC plast. q q q III ss I-II PTFE u u u V ss 0 PMMA l l l IV n IIa (b) Molt afruitat PC l q q I-II n(s) Ix A fenol PET,PBT q q q II* s IIb + A cremat CA q l-u l II s IIb A paper cremat CAB l l l II s IIb ranci POM u u u n(a) IIa + --- PA u u u II a IIb x A ungla cremada PUR q u q II s IIb asfixiant PSU l q q II ss I A fenol PF u u u III a(n) 0 - I A fenol UF u u u III a 0 - I A peix passat MF u u u III a 0 - I A llet cremada UP q q q II-III n (a,s) II a + afruitat EP q q q II-III a(n) II a + x A fenol, ungla cremada
MC: Clorur de metilè u. Insoluble I: font sense descompondre a: alcalina 0: no s’encén EA: acetat d’etil q: inflament, II: font amb descomposició n: neutra I: crema tant sols en la flama AC: acetona estovament III: descompon sense fondre s:àcida IIa: segueix cremant, no goteja l: soluble IV: descompon evaporant-se ss: molt àcida IIb: segueix cremant i goteja V : quasi sense canvis + : fum dens *: sublima x: difícil d’encendre
Objectius Preparar un material ceràmic a partir de primeres matèries o de material de reciclatge. Comprovar l’efecte de la composició del vidre en una de les seves propietats més importants, la viscositat. Iniciar en el treball a elevades temperatures. Efecte de la composició en el xoc tèrmic.
Introducció Un vidre ceràmic és un producte inorgànic de fusió que ha estat refredat a una condició rígida sense cristal·lització". En la formació de vidres intervenen diferents tipus d’òxids: Òxids formadors : constitueixen la xarxa del vidre. Bàsicament són els vidres de silicat (SiO 2 ) i els vidres de borosilicats (B 2 O 3 ) Òxids modificadors : són els òxids que trenquen la xarxa del vidre. Els més usuals són el K 2 O i el Na 2 O. Els ions Na+^ i K+^ no entren a formar part de la xarxa del vidre però resten en els intersticis de la xarxa. Entre altres conseqüències la més rellevant és la disminució de la viscositat del vidre i per tant una conformació més fàcil. Òxids intermediaris : són aquells que estan formant part de la xarxa del vidre en substitució de alguns tetraedres de SiO 2. Per exemple el Al 2 O 3 , els ions Al3+^ formen part de la xarxa. Normalment s’utilitzen per donar propietats especials als vidres.
Figura 1 .Diferents tipus de vidre. a) Vidre de xarxa modificada (vidre soda-càlcic). b) Vidre d'òxid intermediari (aluminosilicat).
Viscositat dels vidres Per damunt de la temperatura de transició vítria, un vidre es comporta com un fluid viscós, disminuint exponencialment la seva viscositat quan augmenta la temperatura:
= o exp ( Q/RT )
on és la viscositat (Pa.s), o un factor preexponencial i Q, una energia d’activació (J/K.mol). La figura 2 mostra corbes de viscositat per a diferents tipus de vidres. La viscositat d’un vidre varia amb la composició i amb la temperatura. La viscositat determina les temperatures de conformació així com el camp de temperatures en què el vidre pot ser utilitzat en estat rígid. Es distingeixen: Punt de deformació : Quan la viscositat està per sobre d’uns 1013,5^ Pa.s, el vidre és completament rígid i la difusió en estat sòlid menyspreable. A temperatures inferiors a aquest punt, el vidre pot ser utilitzat. Noteu que el vidre de sílice és útil fins a uns 1000ºC, mentre que el vidre corrent de calç-sosa només a < 500ºC. Punt de recuit : A viscositats de 10^12 Pa.s, el vidre ja és força rígid, però hi ha apreciable difusió a l’estat sòlid. Això s’aprofita per al tractament tèrmic de recuit, per tal d’eliminar tensions internes originades en les etapes de processat. Punt d’estovament : A 10^7 Pa.s, el vidre és pastós i flueix amb el seu propi pes. En aquest punt el vidre pot ser processat per premsat i bufat. Punt de treball : Quan la viscositat és tan petita com 10^3 Pa.s, el vidre es comporta com un líquid i pot ser processat com a tal.
Figura 2 Corbes de viscositat de diferents vidres. 1: Vidre de sílice fosa. 2: Vidre d’alumosilicat. 3: Vidre de borosilicat. 4: Vidre de calç-sosa. 5: Vidre d’alt plom.
Els vidres no tenen un punt de fusió definit però presenten temperatura de transició vítria. Si es representa la fluïdesa en front la temperatura ;figura 3, per una transformació termodinàmica cristal·lina s’observa una clara separació donada per la temperatura Tf d’equilibri entre les dues fases , però una continuïtat en els vidres degut a la transformació de segon ordre.
Com que es tracte d’estructures desordenades, el vidres no difracten els raigs X
Fig. 5 Difracció de Raigs X d’un vidre comú
El color dels vidres
Normalment s'utilitzen dues tècniques, la dispersió de partícules y també com impureses.
COLOR ELEMENTS DE COLOR Vermell Òxid de coure, Au, Se, Mn., òxid ferros Rosa Menys quantitat que els anteriors o Nd taronja Vermell més Cd groc Pb, òxid de antimoni, Cd, Fe+Mn, òxid de urani, uranat de sodi i titani. Verd Òxid de cromo, Fe, compostos de urani, Cu Cu+Cr, òxid cobalt i Sb blau Òxid de cobalt, Cu, òxid de cobalt + òxid demanganès
Violeta Òxid de manganès + òxid de níquel Marrons Sofre amb carboni, níquel, compostos de ferro,Fe+Mn Negres opacs Òxid de zinc i òxid de manganès
Blancs opacs Òxid de zinc, òxid de calci, fosfat de calci.Fluorur de calci.
2.1 Material
2.2 Preparació de vidres TOTES LES OPERACIONS DE POSAR I TREURE GRESOLS DEL FORN CAL FER-LES AMB EL FORN APAGAT
*Al final del procediment s’inclou la composició aproximada del tres tipus de vidre utilitzats.
Tractament tèrmic de vidres
