Diferencia rellenos y refuerzos
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Diferencia rellenos y refuerzos
Los polímeros han reemplazado a muchos metales, materiales de construcción y piedras voluminosas desde su aparición en la década de 1950. Estos materiales se han vuelto mucho más completos, son más resistentes, elegantes y versátiles que nunca gracias a la evolución de la ciencia de los polímeros, combinada con las tecnologías de fabricación. Al añadir un conductor de humus negro o grafito a un polímero básico, este conduce la electricidad. Al añadir fibra de aramida, el material puede fabricarse a partir de balas. Al añadir sílice, se absorbe la luz infrarroja. Las posibilidades son infinitas, al igual que las opciones de residuos y recuperación. Para cada forma y función del polímero, existe un relleno mineral, fibroso, metálico o de carbono que maximizará su rendimiento.
Descripción general de los rellenos minerales
El talco y el carbonato de calcio eson los principales rellenos mineral para plásticos. Existen diferentes opciones en la familia de minerales que no solo reducen el costo, sino que también pueden aumentar la resistencia a la adición a un polímero. La forma de la partícula mineral puede ser ancha y acicular, esférica, plana y escamosa, o de cadera. Es una de estas formas la que influye en el tipo de mejora que la partícula puede aportar. Los minerales, añadidos en volúmenes que fluctúan entre menos del 1 % y más del 70 % en peso, suelen extraerse de la tierra y refinarse para obtener una distribución uniforme del tamaño de partícula. En ocasiones, se añaden aditivos como lubricantes y agentes de acoplamiento a las cargas minerales para mejorar la dispersión en el compuesto y fortalecer la unión entre el mineral y el polímero.
Caolín
El caolín, o ácido ártico blanco, es un silicato de aluminio que se utiliza en materiales como cerámica, pintura, caucho y plásticos. El caolín mejora las propiedades físicas de un material, incluyendo su resistencia a la tracción (capacidad de ser estirado sin romperse) y su resistencia a la deformación y la degradación química. También mejora el brillo y puede hacer que los plásticos luzcan más blancos y brillantes con menos dióxido de titanio. La arcilla calcinada está diseñada para mejorar su aspecto visual y sus propiedades eléctricas. Los caolines con tratamiento superficial también presentan propiedades físicas mejoradas.
Carbonato de calcio
El carbonato de calcio precipitado o sintético (PCC) se produce químicamente a partir de óxido de calcio. El PCC presenta menos impurezas que el GCC y puede producirse en formas de partículas específicas, con distribuciones extremas de tamaño de partícula y partículas finas. El PCC y el GCC se utilizan como resinas poliméricas, como el polietileno, el polipropileno y el cloruro de polivinilo. Ayudan a garantizar la opacidad de las piezas de plástico, pero no interfieren con los colorantes de los polímeros. El PCC mejora la rigidez y la resistencia al impacto del polipropileno, así como la resistencia al impacto del cloruro de polivinilo rígido para aplicaciones como varillas de bobinado y ropa. El GCC puede recibir un tratamiento superficial para mejorar las propiedades del polímero fresco.
Mica
La mica es un mineral laminar (cristal pequeño, plano y brillante) que mejora la temperatura de deflexión térmica, la rigidez y la estabilidad dimensional (tiende a conservar las proporciones originales). También puede amortiguar el sonido y la vibración. Esto se debe a la alta relación de aspecto de las placas de mica (es decir, una superficie de placa grande y gruesa). Existen dos tipos de mica: la mica moscovita, la más común (sílice hidratada de potasio y aluminio), y la mica flogopita (sílice hidratada de potasio y magnesio).
Sílice
Existen varios tipos de sílice natural, incluyendo la tierra de diatomeas, que se utiliza como agente antibloqueo. La sílice sintética, fabricada en partículas esféricas, se utiliza para mejorar la estabilidad dimensional y las propiedades eléctricas. La sílice pirogénica sintética se utiliza como amortiguador y para absorber la luz infrarroja en películas de invierno.
Talco
El talco es un mineral laminar ampliamente utilizado en polipropileno, polietileno y poliamida para mejorar la rigidez y otras propiedades. Los talcos con una alta relación de aspecto mejoran la rigidez, la resistencia térmica y la estabilidad dimensional. Los talcos con partículas finas mejoran la resistencia al impacto. Los tratamientos superficiales pueden mejorar la dispersión y la adhesión interfacial, o tack, lo que mejora las propiedades físicas de una pieza. Sin embargo, el talco en polvo puede hacer que el rayado sea más visible en una mezcla con un alto contenido de polvo; los talcos submicrónicos, los talcos tratados superficialmente y los aditivos anti-rayado pueden mitigar este efecto.
Tratamiento
Algunos filetes minerales pueden ser ligeros y estar expuestos debido a su baja densidad aparente, lo que requiere equipos y técnicas de procesamiento especiales para su adición y dispersión uniforme en el polímero. Sin embargo, una vez encapsulados en plástico, los componentes se pueden insertar fácilmente en una extrusora o máquina de moldeo. Un compuesto fundido puede diferir de un polímero diluido en la forma en que se funde y fluye en una extrusora o máquina de moldeo por inyección, pero presenta una mayor transferencia de calor y puede requerir menos energía para la fusión y el enfriamiento. Sin embargo, tenga en cuenta que una mayor transferencia de calor puede hacer que el proceso sea más sensible y requerir cambios en el hardware o las condiciones del proceso.
Desgaste abrasivo
Algunos compuestos minerales con alto contenido de carbono pueden causar desgaste abrasivo en moldes de inyección o extrusoras, dependiendo del material de relleno, la pulpa, las condiciones de procesamiento y los metales utilizados para fabricar los artículos. Algunos minerales son más duros y abrasivos que otros. En la escala de dureza mineral de Mohs, que se utiliza para indicar la resistencia de los minerales a la rayonización, el talco es el mineral más blando (con una dureza de 1) y el diamante es el más duro (con una dureza de 10).
Combinaciones de refresco
Ciertas combinaciones de rellenos minerales pueden mejorar las propiedades de una fórmula y aplicación específicas. Los nutrientes minerales pueden combinarse con fibra, por ejemplo, para mejorar el equilibrio de propiedades. Los rellenos minerales también mejoran la estabilidad dimensional de las piezas de plástico. Las piezas moldeadas pueden contraerse a lo largo del molde para asegurar el calentamiento del polímero. Si la pieza se contrae más en una dirección que en otra (contracción anisotrópica), puede deformarse. Los minerales con relaciones de aspecto inferiores a 10:1 (como el talco) pueden contribuir a una contracción más isotrópica, que es más uniforme en todas las direcciones y mejora la estabilidad dimensional. Los minerales con relaciones de aspecto más altas contribuyen significativamente a mejorar la resistencia al arrastre, pero presentan propiedades anisotrópicas debido a su orientación con la masa del suelo durante la formación del molde. Además, una pieza de plástico puede granallarse, doblarse o expandirse en determinadas condiciones, especialmente a altas temperaturas. Los rellenos minerales y fibrosos pueden modificar el grado de expansión de un plástico según los niveles de carga y los requisitos de la aplicación.
Descripción general
Los plásticos no conducen la electricidad fácilmente, ni son calientes ni se encrespan como los metales. Sin embargo, se pueden fabricar materiales especiales para garantizar que un componente plástico sea un conductor eléctrico o térmico. Una amplia gama de combustibles, desde el conductor de carbono negro hasta los nanotubos de carbono, proporciona diferentes niveles de conductividad eléctrica. Los conductores plásticos evitan la acumulación de electricidad estática en contenedores, sistemas de combustible de automóviles y cintas transportadoras, entre otros. También actúan como semiconductores en cables y protegen los dispositivos electrónicos de interferencias. Algunos plásticos son conductores eléctricos y térmicos, mientras que otros poseen conductividad térmica y eléctrica. Ambos tipos son necesarios para la gestión térmica, ya que los polímeros se convierten en un sustituto más común del metal y pueden mejorar el diseño de un producto, reducir el peso y los costos.
El grafito (como el conductor de humus negro, el grafito, el grafeno y los nanotubos de carbono) y algunos son conductores térmicos y eléctricos. El grafito, que puede formarse en altas concentraciones en el polímero, puede proporcionar una alta conductividad, pero es altamente anisotrópico, lo que significa que su conductividad cambia según la dirección. Tanto la conductividad térmica como la eléctrica se ven afectadas por el grado de grafito y las condiciones del molde del polímero.
Nitruro de boro (como los minerales de silicato de aluminio, el óxido de aluminio, el nitruro y el nitruro de boro) son conductores térmicos, pero no eléctricos. Varios de estos son blancos y se pueden utilizar con diferentes colorantes. Por ejemplo, se le llama "grafito blanco" porque tiene una estructura hexagonal y laminar similar al grafito. El rodillo también es no abrasivo y de baja densidad. El óxido de aluminio y el nitruro de aluminio son más abrasivos.
Fibras
A diferencia de los elastómeros, los requisitos de alta resistencia a la tracción y módulo característico de las fibras casi siempre se obtienen utilizando la combinación de simetría molecular y alta energía cohesiva asociada con un alto grado de cristalinidad. Normalmente, la fibra está orientada para proporcionar propiedades óptimas en la dirección del eje de la fibra. Los requisitos de uso final de las fibras, particularmente las que involucran textiles, conducen a restricciones en varias propiedades. El punto de fusión cristalino Tf, debe estar por encima de un cierto mínimo, digamos 200°C, si el tejido resultante se va a someter a planchado. , el hilado del polímero en una fibra requiere que Tg esté por debajo de, digamos, 300°C y muy por debajo de la temperatura de descomposición del polímero, que el polímero sea soluble en un disolvente a partir del cual pueda hilarse. Otros requisitos limitan la solubilidad, por por ejemplo, en disolventes útiles para la limpieza en seco. El requisito de orientación en la fibra generalmente implica que Tf, no sea demasiado alta (ya que la orientación por estirado en frío y planchado se realiza típicamente a esta temperatura o por encima de ella) o demasiado baja (ya que la orientación y los relacionados características, como la retención de arrugas después del planchado, deben mantenerse a temperatura ambiente). Por lo tanto, la selección de un polímero para su uso como fibra implica una serie de compromisos, que generalmente se cumplen al elegir un polímero lineal con alta simetría y altas fuerzas intermoleculares que resultan de la presencia de grupos polares, con un peso molecular suficientemente alto para que la resistencia a la tracción y las propiedades relacionadas estén completamente desarrolladas. La ramificación en la cadena del polímero es en general perjudicial para las propiedades de la fibra porque los puntos de ramificación interrumpen la red cristalina, reducen el punto de fusión cristalino y disminuyen la rigidez. La reticulación, por otro lado, ofrece la posibilidad de obtener una fuerte unión entre cadenas. Si se forman reticulaciones después de que el polímero se hila en fibra, y son relativamente pocos en número, puede producirse una mejora en las propiedades de la fibra. Por lo tanto, las fibras de poli (alcohol vinílico), poliuretanos y proteínas pueden reticularse con formaldehído para dar un punto de fusión más alto, con menor solubilidad y recuperación de humedad, y mejor tacto, mientras que la lana, una fibra proteica natural, está reticulada con enlaces de cistina.
Plásticos especiales y de uso general
La amplia gama de usos finales de los plásticos requiere una variedad de combinaciones de propiedades; correspondientemente, es importante una variedad más amplia de estructuras.En general, las propiedades de los plásticos son intermedias entre las de las fibras y los elastómeros, con mucho solapamiento en ambos extremos.Así, los plásticos típicos pueden tener energías de cohesión más altas que las de los elastómeros pero más bajas que las de las fibras. Sin embargo, un polímero útil como fibra cuando se orienta en esta forma también puede ser útil como plástico, donde la orientación no se logra fácilmente en las piezas masivas utilizadas; un ejemplo es el nailon óptico.
Aplicaciones
El requisito de buenas propiedades ópticas, especialmente en piezas masivas, impone severas limitaciones a la estructura de los polímeros En general, la cristalinidad debe estar ausente, y la mayoría de los polímeros amorfos exhiben una suavidad y fragilidad que los excluyen de muchas aplicaciones En películas delgadas, los requisitos estructurales no son como severa, ya que la cristalinidad a menudo puede tolerarse si se inhibe el crecimiento de esferulitas y el material puede procesarse para dar superficies suficientemente lisas. Por lo tanto, los requisitos normalmente incompatibles de claridad y tenacidad pueden cumplirse.
Aplicaciones eléctricas
Para lograr una baja pérdida dieléctrica en un amplio rango de frecuencias, la estructura de un polímero debe seleccionarse sobre la base de una baja polaridad. Todos los demás requisitos tienen una importancia considerablemente menor. Se deduce que el polietileno y el politetrafluoroetileno son los mejores materiales para aplicaciones de bajas pérdidas, especialmente a altas frecuencias. Sin embargo, a bajas frecuencias, son útiles otros plásticos, como el poli (cloruro de vinilo). Aplicaciones mecánicas. Quizás el requisito de propiedad más importante para el uso de polímeros en aplicaciones mecánicas es la tenacidad. Esta propiedad generalmente se logra mediante la selección de un polímero con un grado de cristalinidad moderado, pero no demasiado alto. A menudo, se necesita un delicado equilibrio de características estructurales para lograr la combinación deseada de propiedades. Las estructuras compuestas (como en los plásticos reforzados con vidrio o modificados con caucho) a menudo proporcionan combinaciones únicas de propiedades.
Aspectos económicos
Aunque la discusión anterior podría extenderse considerablemente, debe señalarse que un factor importante en la selección del plástico apropiado para un uso dado es económico. En muchos casos (algunos observadores dirían demasiados), se logra un mercado masivo sacrificando las propiedades por el precio. Por lo tanto, el fabricante de plásticos debe considerar qué estructuras dan la combinación óptima de propiedades de estado sólido y fundido. Le gustaría, por ejemplo, un peso molecular más bajo para lograr una viscosidad de fusión baja y una fabricación más rápida; pero debe mantener niveles de "peso molecular consistentes con el desarrollo de" buenas propiedades mecánicas. La selección de materias primas también es importante: el aumento de la prominencia de los 'polímeros de olefinas estuvo estrechamente relacionado con el bajo costo de' los monómeros. El costo de la "polimerización en sí" parece menos importante en la mayoría de los casos, pero está claro que los monómeros que son costosos de polimerizar tienen menos oportunidades de producir plásticos de gran volumen.
