Elastómeros termoplàsticos

Los elastómeros termoplásticos se definen por ASTM D 1566 como "una familia de materiales similares al caucho que, a diferencia del caucho vulcanizado convencional, pueden procesarse y reciclarse como termoplásticos

el material ".

Definición de elastómero termoplástico

Un elastómero termoplástico (TPE) generalmente se considera un material bimicrofásico que exhibe elasticidad de goma en un rango de temperatura de servicio especificado, pero a temperatura elevada puede procesarse como un termoplástico (debido a los enlaces cruzados físicos termorreversibles presentes en el material). Ofrece las ventajas de procesamiento de un comportamiento de fusión altamente viscoso y un tiempo de ciclo de producto corto en la fabricación debido al rápido endurecimiento por fusión en el enfriamiento. La principal diferencia entre los elastómeros termoestables y los elastómeros termoplásticos es el tipo de enlace de reticulación en sus estructuras. De hecho, la reticulación es un factor estructural crítico que contribuye a impartir propiedades elásticas altas. La reticulación en los polímeros termoestables es un enlace covalente creado durante el proceso de vulcanización. Por otro lado, la reticulación en los polímeros de elastómero termoplástico es un dipolo más débil, o un enlace de hidrógeno o una interacción dipolo inducida por iones.

¿Qué son los elastómeros termoplásticos?

Los elastómeros (elastomers) son exclusivos de los polímeros y exhiben una extraordinaria extensión reversible con una baja histéresis y un conjunto permanente mínimo. Los elastómeros son materiales con una alta elongación, y una excelente recuperación elástica, en la práctica pueden ser estirados y luego vuelven a la posición inicial. En el mercado existen dos tipos de elastómeros: los naturales y los elastómeros o cauchos sintético. Son materiales macromoleculares que exhiben un largo intervalo de elasticidad a temperatura ambiente. Los copolímeros de bloque tienen el orden estructura de microdominio en forma de esferas, cilindros, laminillas o microdominios bicontinuos ordenados.

Se caracterizan por un bajo módulo elástico inicialmente estiramiento en el intervalo de 106-107 dinas/cm2 y un alto grado de estiramiento casi instantáneamente completa y reversible. Al reducir la temperatura del elastómero se vuelve frágil. Las gomas naturales, según UNI 7703, se obtienen por coagulación del látex (caucho) obtenido de plantas tropicales y recogidos por la incisión del tronco.

TPE es el nombre general de elastómero termoplástico, también llamado caucho termoplástico.

Clasificación y estructura

Los elastómeros termoplásticos se pueden dividir en seis tipos basicos:

1. elastómeros termoplásticos estirénicos,

2. copolímeros multibloque,

3. combinaciones de polímero duro y elastómero,

4. copolímeros de injerto,

5. ionómeros,

6. morfologías núcleo-caparazón.

Solo los tres primeros son comercialmente importantes. Casi todos los elastómeros termoplásticos contienen dos o más fases poliméricas distintas y sus propiedades dependen de que estas fases se mezclen fina e íntimamente. En algunos casos, las fases no están unidas químicamente, pero en otros están unidas por copolimerización en bloque o injerto. Al menos una fase elastomérica y una fase dura deben estar presentes, y la fase dura (o fases) debe volverse blanda y fluida a temperaturas más altas para que el material en su conjunto pueda fluir como un termoplástico.

Clasificación de los elastómeros termoplásticos

Los elastómeros termoplásticos se clasifican, de acuerdo con ISO 1043, con la abreviatura TPE (elastómeros termoplásticos), en el extremo de la sigla TPE, se añade a una carta que determina la naturaleza química:

TPE-A menudo abreviado como TPA o COPA, PEPA, PEBA
TPE-E TPEE menudo abreviado o TPC-ET, COPE, TEEE
TPE-S a menudo abreviado como TPS o SBS, SEBS, SEP, SEEPS, SIS, SIBS
TPE-U a menudo abreviado como TPU
TPE-V a menudo abreviado a TPV
TPE-O a menudo TPO
rTPO
TPE basado en silicona
TPVC Copolimero de bloque

Copolímeros de bloques segmentados

TPE-A menudo abreviado como TPA o COPA, PEPA, PEBA
TPE-E menudo abreviado o TPC-ET, COPE, TEEE, TPEE, PESTEST
TPE-U a menudo abreviado como TPU

Copolímeros tribloque

TPE-S a menudo abreviado como TPS o SBS, SEBS, SEP, SEEPS, SIS, SIBS

Mezcla

TPE-V a menudo abreviado a TPV (Vulcanizados dinamicamente)
TPE-O a menudo TPO
TPVC

Gomma termoplastica Mezclas

Para que se haga referencia a la clasificación de los elastómeros con la norma DIN / ISO 1629, que se deriva de la norma ASTM D 1418-79. El ultimo código de identificación de carta define el grupo básico en el que el polímero pertenece, mientras que las letras iniciales proporcionan información específica y en muchos casos definen de forma exclusiva la lista elastómero. A continuación no es completa, pero contiene muchos de los elastómeros más utilizados.

Comparación entre cauchos y elastómeros termoplásticos

Se ha desarrollado una amplia gama de elastómeros sintéticos especiales para remediar algunas deficiencias de rendimiento del caucho natural (NR) y los cauchos de uso general (GPR) de gran volumen, como el caucho de estireno-butadieno (SBR) y el caucho de butadieno (BR) . Algunas de estas deficiencias son:

Mala resistencia a los agentes atmosféricos de la luz, el oxígeno y el ozono
Relativamente baja resistencia al calor
Mala resistencia a los fluidos orgánicos

Una innovación más reciente es el reemplazo de gomas de uso general con elastómeros sintéticos especiales para que coincidan exactamente con el rendimiento del elastómero para el uso final. Esto se debe principalmente a la facilidad de manejo de la estructura de elastómeros especiales en aplicaciones de bajo volumen, ya que los cambios correspondientes para neumáticos de uso general y neumáticos naturales de pequeña escala (NR) no son económicamente interesantes. Los elastómeros especiales de TPE son apreciados por propiedades particulares o combinaciones de propiedades generalmente no disponibles en elastómeros de gran volumen. Este premio a la mejora de la propiedad ofrece al diseñador de polímeros considerable libertad para elegir la arquitectura de los monómeros y las cadenas de polímeros y en el proceso que se utilizará para la síntesis. Por lo tanto, los elastómeros especiales consisten típicamente en más de un monómero en un intento de proporcionar una combinación de propiedades no disponibles de un solo monómero. Un ejemplo notable de esta tendencia es el desarrollo de elastómeros EPM, que contienen etileno y propileno como monómeros principales. En estos copolímeros, la ausencia de propileno conduciría a polietileno cristalino, mientras que la ausencia de etileno conduciría a polipropileno inestable térmicamente. Hay seis herramientas distintas e importantes que se utilizan para hacer coincidir la estructura del elastómero sintético especial con su uso previsto:

La composición del elastómero
La microestructura y orientación de los monómeros
El uso de una combinación de monómeros
Segregación de los diferentes monómeros en porciones de una sola cadena (copolímeros de bloque)
Arquitectura de elastómero definida por la composición y la distribución del peso molecular
Uso de ramificaciones de cadena larga para mejorar la fabricación y el procesamiento de elastómeros

Dos de las propiedades más importantes de los elastómeros son la capacidad de resistir los agentes atmosféricos debido al oxígeno, el ozono y la luz (como lo demuestra la temperatura de uso continuo) y la capacidad de resistir los fluidos orgánicos. Los elastómeros con un esqueleto saturado son más resistentes a la intemperie que aquellos con esqueletos insaturados. Por lo tanto, el EPM es significativamente mejor que BR o NR. La erosión final es para elastómeros en los que la columna vertebral CC se reemplaza con la columna vertebral Si-O-Si de los elastómeros del grupo Q. Los elastómeros con fuerte polaridad son más resistentes a los fluidos y aceites orgánicos polares que aquellos que Están completamente compuestos de hidrocarburos. Por lo tanto, el nitrilo (NBR), el caucho acrílico (ACM) y el caucho fluorado (FKM) son más resistentes a los solventes que SBR, EPDM o caucho de butilo (IIR). Los polímeros clorados, como el policloropreno (CR), que tienen una polaridad intermedia, son intermedios entre estos extremos.

La microestructura y la orientación de las unidades de monómero en el elastómero sintético pueden modificarse mediante la elección de las condiciones de reacción y los catalizadores. El caucho natural (NR) existe como un solo isómero derivado naturalmente. Es imposible manipular las propiedades de NR cambiando la estereoquímica. El caucho de cis-1,4-isopreno (IR) es el análogo sintético de NR, mientras que su forma isomérica trans-1,4 IR es un polímero semicristalino resistente. Los polímeros IR que contienen cantidades intermedias de estos isómeros exhiben propiedades intermedias. Un ejemplo similar es la diferencia entre polipropileno isotáctico y atáctico. Estos isómeros difieren en la orientación estereoquímica del grupo metilo en el monómero de propileno. El primero es un material termoplástico, mientras que el segundo puede usarse como elastómero. En general, la capacidad de un polímero para exhibir propiedades elastoméricas depende de la flexibilidad de rotación alrededor de su columna vertebral. Los isómeros estereoquímicos rígidos a menudo cristalizan en cristales ordenados, lo que impide que estos polímeros muestren propiedades elastoméricas.

Numerosos elastómeros sintéticos contienen dos o más monómeros. EPM, que contiene etileno y propileno, y SBR, que contiene estireno y butadieno, son algunos ejemplos. La mezcla de monómeros se usa para disminuir (Tg) (para SBR) o cristalinidad (para EPM). Además, la presencia de los dos monómeros permite adaptar las propiedades del elastómero sintético que no se puede intentar con homopolímeros como NR. Normalmente, los dos monómeros se mezclan aleatoriamente en el copolímero. El copolímero resultante, que contiene una mezcla de los dos monómeros, tiene una microestructura composicional determinada por la relación de reactividad. La microestructura composicional es el número de unidades de monómero en series de uno, dos, tres y más.

La relación de reactividad está determinada en gran medida por la estructura del catalizador de polimerización y los monómeros, así como por las condiciones físicas de la polimerización, como la temperatura y las concentraciones. Los cambios en la relación de reactividad raramente conducen a longitudes de carrera de cualquier monómero mayor de 7-10 unidades de longitud para un copolímero equimolar. Estas secciones de la misma composición monomérica pueden ser pequeñas porciones de la cadena de diferentes monómeros en longitud como en elastómeros de poliuretano termoplástico (TPU-E) o secciones largas de cientos de unidades de monómero como en SBS. Estos copolímeros muestran propiedades elastoméricas inesperadas tales como alargamiento extremo (> 1000%) y excelente resistencia a la tracción, incluso si no están vulcanizados. Un ejemplo de esto es la diferencia en las propiedades mecánicas de SBS, un copolímero de bloque y SBR, el copolímero aleatorio correspondiente, que está compuesto por las mismas unidades monoméricas en esencialmente la misma relación. El uso de copolímeros en elastómeros especiales a menudo conduce a características estructurales adicionales tales como diferencias de composición intermoleculares que inducen diferencias en la distribución del comonómero dentro del copolímero. Estas diferencias de composición conducen típicamente a mejoras en las propiedades mecánicas de los copolímeros vulcanizados además de las accesibles para la composición promedio en ausencia de diferencias de composición. La copolimerización de dos o más monómeros puede conducir a diferentes isómeros geométricos del mismo polímero. Los prácticos polímeros especiales son variaciones de tres casos límite:

Polimerización alternativa. Los dos tipos de unidades monoméricas se alternan en la cadena de polímero hasta que el monómero se agota en la concentración más baja.
Polimerización estadística. Los dos monómeros entran en una cadena polimérica de una manera estadísticamente aleatoria, con su concentración promedio en la cadena correspondiente a su relación de alimentación.
Bloque de polimerización. La polimerización completa de un monómero tiene lugar antes de la polimerización del segundo monómero.

Para los fabricantes de equipos originales (OEM) y los proveedores de primer nivel, los plásticos no son solo una opción de material, sino una solución estratégica que mejora la capacidad de fabricación y la confiabilidad del programa. Los fabricantes confían constantemente en los plásticos en las aplicaciones automotrices:

Reducción de peso: Los vehículos con mayor contenido de plástico pesan menos, lo que mejora la eficiencia del combustible y reduce las emisiones de CO₂. El aligeramiento es especialmente crucial para los vehículos eléctricos, donde cada kilogramo influye en la autonomía de la batería.
Resistencia a la corrosión: Los plásticos resisten el óxido, la sal y la exposición a sustancias químicas, lo que aumenta la vida útil de los componentes y reduce el mantenimiento en comparación con los metales.
Capacidad de diseño complejo: Los plásticos permiten la integración de múltiples características en una sola pieza moldeada, lo que reduce los pasos de ensamblaje, la cantidad de piezas y los posibles puntos de falla.
Rentabilidad: El moldeo por inyección y otros métodos de procesamiento de plástico reducen los costos de fabricación, particularmente para la producción de gran volumen.
Seguridad y absorción de energía: Materiales como poliamidas (PA) reforzadas con vidrio y TPO pueden absorber la energía del impacto, mejorando la seguridad de los ocupantes en situaciones de choque.
Resistencia térmica y química: Los plásticos automotrices resisten temperaturas extremas, aceites y productos químicos, lo que los hace ideales para los componentes debajo del capó y del sistema de combustible.
Flexibilidad y estética del diseño: Los plásticos permiten superficies lisas, texturas complejas y personalización del color, satisfaciendo requisitos tanto funcionales como cosméticos en interiores y exteriores.

Como fabricantes de equipos originales (OEM) y proveedores de primer nivel, ustedes redefinen las arquitecturas de los vehículos; los plásticos desempeñarán un papel decisivo a la hora de permitir diseños más livianos, seguros y sustentables, controlando al mismo tiempo los costos y la complejidad de la producción.

Las áreas de enfoque clave incluyen:

Materiales sostenibles y reciclados: los fabricantes de automóviles utilizan cada vez más polímeros reciclados, plásticos de origen biológico y resinas posindustriales para cumplir con los objetivos ESG.
Aligeramiento de los vehículos eléctricos: a medida que crece la adopción de vehículos eléctricos, reducir la carga de la batería mediante plásticos será una estrategia de ingeniería clave.
Compuestos avanzados: Los plásticos reforzados con fibra de carbono y los termoplásticos híbridos reemplazarán a los metales tradicionales en piezas estructurales y de alto rendimiento.
Integración con fabricación inteligente: la producción habilitada para Iote y los gemelos digitales optimizarán el diseño de piezas de plástico, reduciendo los tiempos de ciclo, los desechos y los riesgos de la cadena de suministro.
Características de seguridad mejoradas: Los plásticos que absorben energía y retardan el fuego se convertirán en estándar en interiores, componentes debajo del capó y elementos estructurales.

Los polímeros son macromoléculas compuestas por unidades más pequeñas que se repiten, llamadas monómeros. Se diferencian principalmente por su estructura, comportamiento térmico y origen. Existen diferencias clave entre los termoplásticos (moldeables al calentarse) y los termoestables (irreversibles), así como entre los tipos naturales (p. ej., ADN, celulosa) y sintéticos (p. ej., plástico, nailon).

Diferencias clave en los polímeros

Comportamiento térmico (termoplásticos vs. termoestables)

Termoplásticos: Se pueden fundir, moldear y remodelar varias veces, lo que los hace reciclables (p. ej., polietileno, PVC).
Termoestables: Experimentan un cambio químico durante el curado que forma enlaces cruzados permanentes, lo que significa que no se ablandan al recalentarse y no se pueden remodelar (p. ej., epoxi, caucho vulcanizado).

Termoplásticos: Estructura (Cristalina vs. Amorfa)

Polímeros cristalinos: Poseen estructuras moleculares plegadas y altamente ordenadas, lo que resulta en mayor resistencia y puntos de fusión definidos.
Polímeros amorfos: Presentan cadenas enrolladas aleatoriamente, que generalmente ofrecen mayor flexibilidad y transparencia.
Origen (Natural vs. Sintético)
Polímeros naturales: Derivados de organismos vivos (p. ej., proteínas, ADN, caucho). Moldeo de polímeros.
Polímeros sintéticos: Fabricados por el ser humano, derivados principalmente de productos petroquímicos (p. ej., polietileno, nailon). Quora.

Propiedades (Elastómeros vs. Plásticos)

Elastómeros: Exhiben alta elasticidad y pueden recuperar su forma original, como el caucho
Plásticos: Forman una categoría más amplia de polímeros sintéticos moldeables, que incluye termoplásticos y termoestables.
Disposición de monómeros (homopolímeros vs. copolímeros)
Homopolímeros: Compuestos por un solo tipo de monómero, por ejemplo, polietileno (-A-A-A-A-).
Copolímeros: Compuestos por dos o más tipos diferentes de monómeros, que pueden disponerse en secuencias alternas (-A-B-A-B-), aleatorias (-A-A-B-A-B-B-) o en bloques (-A-A-A-B-B-B-).

Las propiedades físicas, como la densidad, la resistencia a la tracción y el punto de fusión, están determinadas por estas variaciones estructurales, lo que permite aplicaciones específicas, desde envases flexibles hasta materiales de ingeniería duraderos.