Especialidades
Propiedades aislantes de los plásticos
Los compuestos termoplásticos están sustituyendo progresivamente a los materiales tradicionales (metales, cerámica, resinas termoendurecibles, madera, etc.) en un número cada vez mayor de aplicaciones, ofreciendo soluciones rentables con un rendimiento técnico comparable e introduciendo ventajas significativas como un menor peso específico, reciclabilidad y capacidad de coloración. Además, ahora es posible satisfacer una amplia gama de requisitos de diseño seleccionando cuidadosamente la combinación adecuada de polímero (que puede variar desde una base económica pero técnicamente limitada, como PP y PS, hasta una de alto rendimiento, como PPA o PEEK) y la gran variedad de aditivos disponibles (fibras de vidrio/carbono, cargas minerales, retardantes de llama, cargas antiestáticas, estabilizadores, etc.), lo que permite un rendimiento específico sorprendente y técnicamente sofisticado. Los plásticos tradicionales son, por naturaleza, aislantes térmicos y eléctricos, una característica que representa una ventaja técnica para muchas aplicaciones, pero que puede convertirse en una limitación al reemplazar metales en situaciones donde la antiestática o la conductividad son un requisito de diseño. Sin embargo, esta limitación puede superarse eficazmente mediante la creación de un compuesto termoplástico que contenga aditivos específicos que le confieren niveles de resistividad superficial que varían, según la naturaleza y la cantidad del aditivo, desde 10⁻⁴ ohmios (típico de los metales) hasta 10¹⁴ ohmios (típico de los materiales aislantes). Esto permite que los compuestos se utilicen en una amplia gama de aplicaciones que requieren un rendimiento eléctrico específico. Además, los compuestos termoplásticos con una resistividad superficial inferior a 10⁹ ohmios permiten cumplir con los requisitos de las directivas ATEX (ATmosphere EXplosive) relativas a la maquinaria y sus accesorios que operan en entornos potencialmente explosivos, como minas, depósitos de gas, combustible y disolventes; cemento, aluminio, grano y polvo de azúcar, etc.
Aditivos antiestáticos y disipativos tradicionales
Para producir un compuesto antiestático, es posible utilizar una gama de aditivos que permiten obtener materiales con un amplio espectro de valores de resistividad superficial y características termomecánicas. A continuación se describe el más importante de los rellenos: Rellenos y fibras conductoras Estos aditivos incluyen carbono conductor, fibras de carbono o grafito y permiten obtener una resistividad superficial en el rango de 10² – 10⁶ ohms (permanente en el tiempo) dependiendo de la cantidad y dispersión de los rellenos utilizados. Los rellenos actúan formando una red física cuando hay un contacto estrecho y continuo entre las fibras o rellenos. Debido a este mecanismo de conducción, es muy difícil obtener resistividades superficiales superiores a 10⁶ ohms con estos aditivos, como lo requieren algunas aplicaciones en el sector electrónico. De hecho, con bajos porcentajes de relleno, no se obtiene una red continua dentro de la matriz polimérica y el compuesto es aislante (10¹⁴ ohmios). Sin embargo, con cantidades de relleno lo suficientemente altas como para generar la red (típicamente superiores al 8-10% para fibras de carbono y al 12-14% para rellenos conductores), la resistividad superficial cae abruptamente por debajo de 10⁶ ohmios, lo que no permite ajustes intermedios. Estos aditivos se utilizan ampliamente en aplicaciones que requieren un compuesto antiestático o semiconductor y son adecuados para su uso con casi todos los polímeros. El uso de fibras de carbono permite combinar propiedades antiestáticas con excelentes características mecánicas y un buen nivel de autolubricación. Finalmente, estos rellenos introducen una limitación en el color, ya que le confieren al compuesto un tono gris/negro que no se puede modificar.
Aditivos antiestáticos migratorios – no permanentes
Se trata de aditivos higroscópicos que se incorporan a la matriz polimérica durante el proceso de composición y, al no ser totalmente compatibles con el polímero, tienden a migrar posteriormente a la superficie, creando una capa capaz de atraer la humedad. La presencia de moléculas de agua proporciona una conductividad suficiente para evitar la acumulación de cargas electrostáticas. Los valores de resistividad superficial obtenidos suelen estar entre 10¹⁰ y 10¹² ohmios. Sin embargo, una vez que el aditivo completa su migración a la superficie y se elimina, el efecto deseado cesa, por lo que el efecto antiestático NO es permanente. Estos aditivos se utilizan normalmente en envases y artículos técnicos con fines estéticos o para evitar que la pieza se cargue electrostáticamente y atraiga polvo en la fase inicial de su vida útil. Una ventaja adicional que ofrece esta solución es la posibilidad de obtener cualquier color, ya que el aditivo no interfiere significativamente con el tono del producto. Ejemplos de aditivos antiestáticos migratorios son: alquilfenoles de cadena larga, aminas etoxiladas y ésteres de glicerilo. Aunque estos aditivos ofrecen una solución económica a corto plazo, no son adecuados para aplicaciones que requieren propiedades antiestáticas permanentes o valores bajos de resistividad superficial.
Aditivos antiestáticos permanentes
Se trata de polímeros intrínsecamente disipativos o PID (polímeros inherentemente disipativos) que se mezclan con el polímero base y forman una red conductora en su interior. Estos aditivos permiten una resistividad superficial en el rango de 10⁸ a 10¹² ohmios, dependiendo de la cantidad y el nivel de dispersión alcanzado. En este caso también, el compuesto se puede colorear fácilmente. Estos aditivos se utilizan cada vez más para el encapsulado de componentes electrónicos, ya que permiten crear una carcasa que protege el componente de descargas electrostáticas peligrosas y, además, lo aísla de corrientes eléctricas, dado que su resistividad superficial supera los 10⁸ ohmios. Su capacidad de coloración también favorece su uso en encapsulados antiestáticos que deben ser fácilmente reconocibles o garantizar una calidad estética. Ejemplos de estos aditivos son las polieteramidas en bloque basadas en PA6 o PA12 y los ionómeros de etileno.
Fibras de acero
Las fibras de acero, utilizadas desde hace tiempo con diversas bases poliméricas, permiten crear una red física que determina una resistividad superficial de 10¹÷10⁴ ohmios. En este caso, también es fundamental que la cantidad y distribución de las fibras sean eficientes para la formación de la red. El compuesto resultante también es fácilmente coloreable. Las fibras de acero permiten, asimismo, la producción de un compuesto y, por lo tanto, de productos que, al formar una jaula de Faraday, protegen contra las ondas electromagnéticas. Esta característica hace que los compuestos con fibras de acero sean adecuados para la producción de carcasas que garanticen una protección adecuada para componentes sensibles a los campos electromagnéticos.
Nanomateriales antiestáticos y disipativos innovadores: nanotubos de carbono (CNT)
Estos nanotubos de carbono, cuando se dispersan adecuadamente, son eficaces incluso en pequeñas cantidades (2-3%). Ofrecen la ventaja de tener un impacto limitado en las características del compuesto y, en particular, no lo vuelven más rígido ni más frágil, como ocurre con las fibras y los rellenos. Los sectores que exploran el potencial de estos aditivos son la industria automotriz (especialmente para líneas de combustible antiestáticas basadas en PA) y la electrónica miniaturizada, que requieren una mayor protección incluso contra pequeñas descargas electrostáticas. Mexpolimeros participa, junto con empresas líderes en los sectores de materiales, automoción y aeroespacial, para el desarrollo de un material multicapa basado en PPS y PEEK, reforzado con CNT, destinado a la producción de piezas estructurales para diversos tipos de vehículos.
Rellenos metálicos
El uso de altos porcentajes (80%) de fibras y rellenos a base de cobre o aleaciones metálicas de bajo punto de fusión permite la producción de una red metálica dentro de plásticos de ingeniería, como PA y PBT. Esto da como resultado compuestos con características eléctricas comparables a las de los metales (resistividad superficial de 10⁻⁴ ohmios) así como una excelente conductividad térmica (aproximadamente 10 W/mK). Estas características pueden, por ejemplo, permitir la sustitución de pistas de cobre en los circuitos eléctricos de componentes eléctricos y electrónicos. Mexpolimeros está desarrollando activamente compuestos basados en esta tecnología. Para mayor exhaustividad, la siguiente tabla enumera las ventajas y desventajas de los diversos aditivos disponibles: En algunos casos, puede ser ventajoso utilizar combinaciones/mezclas de estos aditivos antiestáticos para lograr un perfil de rendimiento acorde con los requisitos específicos del proyecto. El compuesto antiestático a menudo se enriquece aún más con otros rellenos (fibras de vidrio, elastómeros, etc.) que mejoran sus características mecánicas o térmicas para alinearlas con las necesidades de una especificación específica.
Compuestos innovadores: antiestáticos e ignífugos
Los rellenos antiestáticos, en particular el carbono conductor y las fibras de carbono, que son actualmente los aditivos más utilizados, presentan limitaciones importantes para la producción de compuestos ignífugos debido a su tendencia a la combustión. Mexpolimeros, gracias a su experiencia en el uso de aditivos ignífugos, ha superado estas limitaciones y lanzó una gama de productos ignífugos y antiestáticos/conductores basados en PP, ABS, PA6, PA66, PC y PPS, que contienen retardantes de llama a base de halógenos, fósforo rojo y aditivos libres de halógenos.
Gama de compuestos antiestáticos producidos por Mexpolimeros
Gracias a su experiencia y a su alianza comercial y técnica, Mexpolimeros ofrece una gama extremadamente amplia de compuestos antiestáticos y conductores, entre los que se incluyen:
- MEXLUX AS (compuesto antiestático no permanente a base de ABS) compuestos antiestáticos no permanentes (10¹² ÷10¹⁴)
- MEXPRENE AS (compuesto antiestático no permanente a base de PP)
Las aplicaciones típicas de estos compuestos incluyen sillas, carcasas de electrodomésticos, componentes de herramientas domésticas o de jardinería y, en general, artículos estéticos o técnicos que requieren prevención o retardo del polvo.
- Compuestos antiestáticos permanentes y coloreables (10⁵ ÷ 10¹¹) - MEX ESD (compuestos con polímeros disipadores IDP sobre diversas bases poliméricas y coloreables) Estos compuestos se utilizan normalmente para producir componentes antiestáticos estéticos o contenedores de componentes electrónicos donde se requiere un valor de resistividad superficial superior a 10⁶ ohm y/o para los que se necesitan colores brillantes para distinguir inequívocamente las piezas empaquetadas o manipuladas.
Compuestos antiestáticos y conductores con carbono conductor (10¹ ÷ 10⁵) (compuestos antiestáticos/conductores sobre base de PS, ABS, PE, PP, TPE para moldeo y extrusión) Estos compuestos permiten la producción de artículos técnicos o embalajes sin requisitos estéticos (color negro) y con un buen compromiso precio/rendimiento. Compuestos antiestáticos y conductores con carbono y fibras de carbono (10² ÷ 10⁵)
MEXSTAT (compuestos antiestáticos/conductores a base de PP, PA6, PA66, PC, POM, PBT, PET, PPA, PPS, PEEK) El uso de fibra de carbono permite la producción de artículos técnicos antiestáticos con alto rendimiento mecánico. Además, se obtienen compuestos con buenas características tribológicas, que permiten la producción de piezas móviles (engranajes, patines, rodillos, etc.) que de otro modo serían particularmente propensas a acumular cargas electrostáticas.