Introducción a la Ingeniería de los Materiales

El Papel

Fabricación del Papel

El papel se fabrica a partir de la celulosa contenida en la madera, desechos vegetales, productos textiles, o papel y cartón reciclado.

Proceso de Obtención:

1. Fase 1: Obtención de la pasta de madera (celulosa)
   • Se cortan los troncos y se les quita la corteza.
   • Se introducen en agua caliente donde son atacados por un rodillo que los desfibra.
   • Se elimina la lignina mediante dos procedimientos (mecánico y químico).
2. Fase 2: Separación y blanqueo de la pasta
   • Se lava la madera desmenuzada.
   • Se pasa por un filtro para separar las fibras de los elementos no deseados.
   • Según el tiempo de cocción varía su color, pero para un mayor blanqueado se añade cloro.
3. Fase 3: Coloración y adición de colas
   • Toda la pasta blanqueada se introduce en una solución acuosa.
   • Seguidamente se le añade cola o pegamento sintético para unirla entre sí.
4. Fase 4: Fabricación de rollo o balas
   1. Tamizado: Se obtiene por un tamiz la fibra de una manera uniforme, y debido a la gravedad se deja escurrir.
   2. Secado: Después del tamiz hay unos extractores que eliminan parte del agua y a continuación pasa por unos rodillos calientes que le dan consistencia y resistencia al papel secándolo del todo.
   3. Calandrado o satinado: El papel pasa por una serie de tambores calientes y pulidos que lo aplastan y alisan y luego para finalizar se enrollan en bobinas para su comercialización.

Clases de Papel

Los papeles varían según su densidad o gramaje.

• Alisado: No tiene ola ni pegamento. Ejemplos: papel de impresión, pluma. Aplicaciones: prensa diaria y libros sin dibujos.
• Satinado: Es liso y brillante. Tipos: estucado (lleva yeso), manilla (envoltorios y paquetería), satinado (libros, folios).
• Barba: Contiene fibra de trapos, algodón, lino, cáñamo. Aplicaciones: documentos oficiales, notaría (caros).
• Moneda: Contiene fibras de trapos y cola, es resistente y flexible. Aplicación: billetes.
• Fotográfico: Una cara está compuesta de plata disuelta. Aplicación: fotografías.

Cartulina: Misma masa del papel pero más grueso. Tipos: marfil, bristol y tela.

Cartón: Se obtiene superponiendo distintas hojas de papel mediante un prensado de vía húmeda.

El Corcho

Proceso de Obtención

El corcho se obtiene de la corteza del alcornoque.

Cuando el árbol tiene aproximadamente 18 años se realiza el descortezado o descasque. Al tronco se le hace una corona estrecha, y se le van extrayendo láminas. Estas se dejan secar al aire durante varios meses. Se lleva a la fábrica y se hierve con productos químicos que eliminan el tanino y la hacen más suaves y resistentes. Posteriormente se seleccionan las de un determinado espesor y buena calidad, y se hierven por segunda vez, y luego se cortan con un espesor de unos 0.5 cm. Se tritura el resto (gránulos) y se forman placas de corcho que sirven de aislante térmico y acústico.

Elaboración de Productos

Los tapones de corcho están constituidos por dos partes: cuerpo (parte que se inserta en la botella y fabricado por dos o más arandelas de corcho) y cabeza (parte que sobresale, formada por un aglomeramiento de gránulos de corcho).

El Vidrio

Propiedades

Es frágil pero duro, transparente, no es atacado por lejías y ácidos, es aislante térmico y acústico.

Proceso de Obtención

Fusión de arena de cuarzo con cal y carbonato sódico. Se le añaden otros compuestos como óxido de plomo, vidrios reciclados, colorantes, óxidos metálicos que mejoran sus propiedades.

Tipos de Vidrio

• Estirado: El vidrio se estira mediante rodillos.
• Armado: Tiene en su interior una malla de acero (puertas), y retarda la propagación del fuego.
• Difuso: Su textura disminuye las molestias por los reflejos (lunas de automóviles).

Materiales Cerámicos

Se fabrican a partir de arcilla, se clasifican en porosos e impermeables.

Materiales Cerámicos Porosos

No han sufrido vitrificación, se cuecen a baja temperatura, son permeables a los gases, líquidos y grasas, su fractura es terrosa.

Tipos:

• Arcilla Cocida: Rojiza, 800º, se recubren con esmaltes.
• Loza Italiana: Amarilla/rojiza, se mezcla con arena, se recubre con barniz transparente, 1000º (vajilla barata).
• Loza Inglesa: Arcilla sin óxido de hierro, primero se cuece a 1000º, se saca, se le echa esmalte, se vuelve a introducir a 1000º (vajillas y objetos de decoración).
• Refractarios: Arcillas mezcladas con varios tipos de óxidos, se cuece a 1300º, se enfría lentamente para que no se rompa. Dos tipos: ladrillos refractarios y electrocerámicos.

Materiales Cerámicos Impermeables

Se obtienen a altas temperaturas, donde se vitrifica completamente la arena del cuarzo.

Tipos:

• Gres cerámico común: Arcilla ordinaria a 1300º (pavimentos y paredes).
• Gres cerámico fino: Arcillas con óxidos a 1300º con sal marina, que confiere el vidriado característico (vajillas, azulejos).
• Porcelana: Arcilla pura con feldespato y un desengrasante, 1000º, se saca, se aplica un esmalte, se introduce a 1400º (esculturas de lujo, tazas).

Yeso

Características

Blanco, se obtiene del sulfato de calcio dihidratado. Es adhesivo a metales, hormigón, mortero y piedra, absorbe la humedad.

Proceso de Fabricación

La materia prima se calcina en un horno a 450º, se le elimina el agua. Se muele y se empaqueta. Para utilizarlo se le añade agua y se remueve, se deja que se espese y se aplica.

Cemento y sus Derivados

El cemento es un aglomerante en forma de polvo, que se endurece una vez que se le ha añadido agua y se deja secar.

Obtención del Cemento

3 partes de caliza y 1 de arcilla se trituran, se calcinan (clinker), se muele, se produce clinker molido y con yeso se obtiene el cemento.

Derivados del Cemento

Para quitar los inconvenientes se mezclan con otros productos, y se obtienen derivados.

• Mortero: Cemento en polvo con arena y agua, se consigue una masa espesa que se aplica y se deja fraguar.
• Hormigón: Cemento en polvo, arena, agua y grava, se aplica en la construcción, resiste a la compresión pero no a la tracción.
• Hormigón Armado: Hormigón con barras de acero, que lo hacen más resistente.
• Hormigón Pretensado: Hormigón con barras sometido a un esfuerzo de tracción a la vez que se fragua el hormigón. 1º se estiran las barras, 2º se mantienen estiradas mientras fragua, 3º se sueltan las barras y se comprime el hormigón.
• Piedra Artificial: Son productos denominados aglomerados, son piedras naturales unidas entre sí.
• Fibrocemento: Fibras de amianto recubiertas y unidas entre sí, mediante mortero u hormigón. Se emplea para tuberías y cubiertas de tejado. Son los productos reforzados.

Nuevos Materiales

Existen dos tipos de nuevos materiales: estructurales, cuyas principales características son las propiedades mecánicas, y su producción es en grandes cantidades; y materiales funcionales: sus propiedades son químicas, magnéticas, electrónicas, ópticas.

Estos materiales son los fosforescentes (recubrimiento de pantallas de televisores y monitores), aleaciones, cristales líquidos (televisiones) y biomateriales que son los que se pueden introducir en los cuerpos, como los huesos artificiales. Existen también los nanomateriales que pueden ser:

• Materiales orgánicos: Generados por virus modificados genéticamente.
• Materiales inteligentes: Que son autorreparadores.
• Materiales nanocompuestos: Para la fabricación de componentes electrónicos.
• Geles: Que responden a estímulos de la temperatura.