Compuestos

Ventajas y desventajas de los plásticos reforzados y modificados

Tras la incorporación de fibras de vidrio a los plásticos, las propiedades físicas y mecánicas de los termoplásticos mejoraron significativamente. Algunos plásticos de uso general, como el polietileno (PE), el polipropileno (PP), el poliestireno (PS), etc., pueden sustituirse por plásticos de ingeniería mediante refuerzo y modificación. Algunos plásticos de ingeniería, mediante refuerzo y modificación, han alcanzado niveles de rendimiento comparables a los de los metales, y se ha logrado la sustitución del acero por plástico, ampliando así significativamente el espectro de uso de los termoplásticos como materiales estructurales en el campo de la ingeniería. ¿Cuáles son las cuatro principales ventajas y desventajas de la modificación con plástico reforzado? A continuación.

Morfología de las fibras de refuerzo

Cuanto mayor sea la relación de aspecto de las fibras de refuerzo, mayor será la resistencia mecánica del material compuesto. Para mantener una alta relación de aspecto en los materiales compuestos, además de seleccionar variedades de fibra con alta relación de aspecto, también es importante mantenerla durante el procesamiento. La rotura de fibras es frecuente en el procesamiento de plásticos por fusión. Especialmente en el proceso de granulación por extrusión de doble tornillo, las fibras se acortan por el efecto de fricción de la sección de transporte de sólidos y el efecto de cizallamiento del tornillo, y también por el efecto de cizallamiento. Por lo tanto, la extrusión y la granulación convencionales de doble tornillo son plásticos cortos reforzados con fibra de vidrio. Además, relaciones de aspecto excesivas causarán problemas de producción.

Buena resistencia a la fatiga

La resistencia y la rigidez de los plásticos reforzados aumentan con el aumento del contenido de fibra, mientras que el alargamiento disminuye, mejorando así significativamente la resistencia a la fluencia. Por ejemplo, la falla por fatiga es una falla de baja tensión de un material debido a la formación y propagación de grietas microscópicas bajo cargas dinámicas alternas. La falla por fatiga en materiales metálicos ocurre repentinamente de adentro hacia afuera, sin signos tempranos; mientras que la falla por fatiga en plásticos reforzados con fibra de vidrio siempre comienza en el punto débil del componente y se expande gradualmente, con signos evidentes antes de la falla.

Buen rendimiento térmico

La resistencia térmica de los termoplásticos no reforzados es baja y su temperatura de deformación térmica es relativamente baja. La mayoría de ellos solo se pueden usar por debajo de los 100 grados Celsius, lo cual constituye una de las principales desventajas de los plásticos. La modificación del refuerzo aumenta significativamente la temperatura de deformación térmica de los plásticos, y sus productos pueden usarse durante períodos prolongados a 100-150 grados. Un ejemplo típico es el PA6, cuya temperatura de deflexión térmica es de 60-80 grados antes del refuerzo, mientras que la temperatura de deflexión térmica del PA6 reforzado puede aumentarse a 180-220 grados, y la temperatura de deflexión térmica de algunos plásticos reforzados puede superar los 300 grados. Algunos plásticos de ingeniería pueden alcanzar o aproximarse a la resistencia térmica de los plásticos de ingeniería reforzados con fibra, mientras que otros plásticos de ingeniería pueden reforzarse con fibra con una resistencia térmica similar a la de los plásticos de ingeniería especializados. Este es un enfoque eficaz para la resistencia térmica de los plásticos. Si bien mejora la resistencia a altas y bajas temperaturas, también reduce la conductividad térmica del material y el coeficiente de expansión lineal, reduciendo así la tasa de contracción del moldeo del producto y mejorando la precisión dimensional. Además de mejorar la resistencia del producto, algunos rellenos también pueden proporcionarle funciones correspondientes, como mejorar las propiedades eléctricas, las propiedades ignífugas, etc.

La elongación del producto y la resistencia al impacto de algunos plásticos reforzados se reducen

La tecnología de refuerzo y modificación de plásticos continúa mejorando y refinándose, y la selección de materiales de refuerzo también está en aumento. El plástico reforzado con fibra de vidrio es ligero, presenta una alta resistencia específica, buenas propiedades de resistencia al calor y aislamiento eléctrico, excelente amortiguación de vibraciones y resistencia a la fatiga, una resistencia a la corrosión excepcional y métodos de conformado sencillos y fáciles de usar. Por lo tanto, su uso es generalizado. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología de vanguardia, como la aeroespacial, el desarrollo de materiales de refuerzo de alta resistencia, alto módulo y resistencia a altas temperaturas, reforzados con fibras de carbono, fibras de boro y whiskers, también es muy rápido.

Degradación de los polímeros

ABS

Aunque la temperatura de descomposición del ABS ronda los 270°C o más, debido a la influencia de otras condiciones de procesamiento, la resina suele comenzar a cambiar de color alrededor de los 250°C. Si la temperatura es inferior a 20°C, pero es un producto claro y brillante, si se va a templar durante 15 minutos o más, la temperatura del barril debe reducirse a 120°C.

ABS ignífugo

El ABS ignífugo se utiliza para evitar que el retardante de llama se descomponga durante el arranque o la parada. El barril debe limpiarse (con ABS general) antes de iniciar el procesamiento. Para un temple que requiera más de 15 minutos, la temperatura del barril debe reducirse a menos de 100°C antes del temple. Por otro lado, el material del barril debe vaciarse y limpiarse con ABS general antes de apagarlo. Todos los ABS comunes y retardantes de llama requieren una temperatura del barril ligeramente inferior. Se debe prestar especial atención a la estabilidad térmica del frente del barril y a la temperatura de la boquilla; de lo contrario, se producirá un aspecto deficiente.

HIPS

El PS es generalmente resistente al calor, pero amarillea si se calienta en el barril durante demasiado tiempo. El tiempo de residencia del barril a 250°C no puede superar los 5 minutos. Si la temperatura es de 275°C, el tiempo de residencia no puede superar los 1 o 2 minutos. Aparecerán marcas o vetas (similares a la humedad) como signos de sobrecalentamiento de la resina. Tras un breve periodo de inactividad (hasta 5 minutos), es recomendable desechar el primer lote de productos; si el tiempo de inactividad es mayor (hasta 1,5 o 2 horas), la temperatura debe reducirse a 150°C. Si se excede este tiempo, debe enfriarse completamente.

PMMA

Si la temperatura es de 260°C, el tiempo de residencia en el conducto no puede superar los 10 minutos, y si la temperatura es de 270°C, el tiempo de residencia no puede superar los 8 minutos. Se debe prestar especial atención a las condiciones de limpieza de la tolva y el conducto de PMMA. Si quedan otros materiales en el conducto, límpielo primero (los materiales de limpieza pueden reciclarse a partir de PMMA). Si quedan PVC, POM, etc. en el conducto, al utilizar materiales, es necesario limpiar primero el conducto con PS y otros materiales, y luego limpiarlo con materiales reciclados en lugar de usar materiales de PMMA regenerados.

Para aumentar la movilidad de la masa fundida, se debe aumentar la temperatura de inyección en lugar de la presión de inyección. Si se deja en el barril a 300°C durante un tiempo prolongado, no se descompondrá significativamente. Sin embargo, cuando las temperaturas superan los 340°C, el PC se descompone, oscureciendo el color del producto y la superficie presenta defectos como filamentos plateados, barras oscuras, manchas negras, burbujas, etc. Al mismo tiempo, las propiedades físicas y mecánicas se reducen significativamente. Al inicio, si el material almacenado en el barril es PVC, POM u otras resinas con bajas temperaturas de moldeo y una estabilidad térmica ligeramente baja, no se puede utilizar el PC para empujar el barril y elevar su temperatura. A esta temperatura, utilice PE, PS y otras resinas con buena estabilidad térmica para limpiar el barril. A continuación, eleve la temperatura del barril a la temperatura de procesamiento del PC, límpielo con material de PC regenerado y evacúe las demás resinas antes de procesarlo con nuevos materiales. Las paradas temporales de más de 20 minutos requieren que la temperatura del barril se reduzca por debajo de los 160 °C para evitar la degradación del material y la decoloración causadas por paradas prolongadas.

PPO

Al iniciar el proceso, si el material original del cilindro es PA, PC, PP u otros materiales, se puede utilizar PPO para la limpieza directa. En el caso de PVC, POM u otros materiales sensibles al calor que se descomponen fácilmente con el calor, estos materiales deben reemplazarse primero por PS o PE. Posteriormente, a la temperatura de procesamiento de PPO, el cilindro puede limpiarse con PPO antes del procesamiento. Si el material tiende a decolorarse y degradarse durante el procesamiento normal, se debe reducir la temperatura y vaciar el material del cilindro inmediatamente. A continuación, se debe limpiar el cilindro con PS, PE y otros materiales, y procesar el nuevo material una vez ajustado el proceso. Cuando el tiempo de apagado es inferior a 15 minutos, se puede mantener la temperatura normal de procesamiento. Por ejemplo, si el tiempo de apagado supera los 15 minutos, la temperatura del cilindro debe reducirse a menos de 200 grados Celsius. Si el tiempo de apagado es de 2 horas, la temperatura del cilindro debe reducirse a 100 grados Celsius. Posteriormente, si el tiempo de apagado supera las 4 horas, el cilindro debe limpiarse con PS.

POM

Se debe seleccionar la temperatura de moldeo más baja y el ciclo de moldeo más corto posible. La temperatura de moldeo del POM generalmente no debe superar los 200°C, y la homogeneización no debe superar los 220°C. A esta temperatura, el material se descompone en pocos minutos; un tiempo de residencia en el cilindro superior a 190°C es demasiado largo, ya que de lo contrario provocará la descomposición del material. Al iniciar el proceso, se debe activar primero el calentamiento de la boquilla para precalentarla y, a continuación, el del cilindro. Antes de procesar el POM, si hay material en el cilindro cuya temperatura de procesamiento supera la temperatura de procesamiento del POM, este debe limpiarse con otras resinas como el PE. Una vez que la temperatura baje por debajo de la temperatura de procesamiento del POM, el cilindro debe limpiarse de nuevo con PE. Añada POM para las operaciones de moldeo. Durante el moldeo, si se detecta un olor fuerte y penetrante a formaldehído y el producto presenta una veta de color amarillo-marrón, esto indica que el material se ha sobrecalentado y degradado (a veces, la humedad también es demasiado alta, pero la veta de color es leve). El método de inyección vacía el material en el barril y lo limpia con PE. Una vez que la temperatura se normaliza (o el material está seco), se realiza el procesamiento.

Si la temperatura de fusión supera los 300°C, se debe evitar un tiempo de residencia excesivo (por ejemplo, más de 15 minutos); de lo contrario, se degradará y el producto se decolorará o se volverá quebradizo. Si el plástico está demasiado caliente, debe limpiarse. Si se va a prolongar el tiempo de retención, la temperatura debe reducirse a 200°C.