Tecnopolímeros
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Tecnopolímeros
Inicialmente, el término "tecnopolímeros" identificaba todos aquellos materiales poliméricos orgánicos cuyo alto rendimiento mecánico y térmico permitía su uso en lugar de materiales metálicos, especialmente en aplicaciones estructurales. En los últimos años, sin embargo, este mismo nombre se ha utilizado de manera más general para un número cada vez mayor de materiales poliméricos de alto rendimiento, tanto termoplásticos como termoestables, para generar una diferenciación de los materiales plásticos ordinarios. Desafortunadamente, la matriz comercial más que científica del término en cuestión ahora hace imposible una clasificación clara y significa que en algunos casos su atribución a un material específico es más una operación de marketing que un reconocimiento efectivo de los servicios que posee. En otros contextos, las sustancias clasificadas como tecnopolímeros a menudo se denominan "polímeros de ingeniería" (de los polímeros anglosajones para ingeniería), "superpolímeros" o "polímeros de alto rendimiento". Para limitar el alcance de esta clase de materiales, contra el abuso que se lleva a cabo con fines comerciales, un tecnopolímero puede definirse como un material de naturaleza polimérica orgánica cuyo alto rendimiento en el caso de aplicación individual lo hace insustituible o posible candidato para el reemplazo de materiales más nobles, ampliando la definición original que, en cambio, solo proporcionaba comparación con materiales metálicos. La superposición con la clase de materiales compuestos de matriz plástica es en algunos casos inevitable.Características ventajosas
Las características ventajosas de los plásticos en comparación con los materiales metálicos y no metálicos son la gran facilidad de procesamiento, la rentabilidad, la colorabilidad, el aislamiento acústico, térmico, eléctrico, mecánico (vibración), la resistencia a la corrosión y la inercia química. , así como la repelencia al agua y la resistencia al moho, hongos y bacterias. Las desventajas son el ataque de disolventes (especialmente termoplásticos) y ácidos (en particular materiales termoestables) y la escasa resistencia a las altas temperaturas.
Desarrollo y comercialización
El impulso actual hacia el desarrollo y comercialización de nuevos tecnopolímeros proviene de la combinación de dos realidades diferentes. Por un lado, existe una creciente demanda de nuevos materiales de la industria automotriz o, en general, de los componentes eléctricos y mecánicos, mientras que inicialmente los tecnopolímeros eran casi utilizado exclusivamente en el sector aeronáutico y aeroespacial. En segundo lugar, se han logrado grandes avances en las tecnologías de transformación de plásticos en todos los campos principales, desde la deposición de películas hasta el moldeo y el moldeo. Un ejemplo típico de esta nueva tendencia para el uso masivo de tecnopolímeros es el moldeo por inyección de componentes para automóviles, bombas, electrodomésticos y dispositivos eléctricos y telefónicos. La capacidad de tener procesos cada vez más controlados e impulsados nos ha permitido aprovechar al máximo el potencial de los nuevos materiales termoplásticos, a su vez especialmente diseñados para moldeo por inyección. El desarrollo combinado de materias primas y tecnología de moldeo resulta en un gran retorno en términos económicos, considerando que los componentes producidos de esta manera reemplazan directamente las partes metálicas, reduciendo significativamente los costos y los tiempos de producción. La ventaja económica es particularmente relevante en aplicaciones industriales de productividad media y alta, donde los procesos de moldeo y termoformado son prácticamente inigualables. Dado que este tipo de procesos se aplican casi exclusivamente a los polímeros termoplásticos, se deduce que el desarrollo más consistente en el sector de los tecnopolímeros se ha producido precisamente en esta clase de materiales.Commodity
Algunos de los polímeros termoplásticos que se conocieron como tecnopolímeros hace solo unos años y con los que este término se asoció por primera vez, hoy en día se usan tanto en la práctica del moldeo que aún pueden reconocerse como tales con dificultad. Este es, por ejemplo, el caso del policarbonato (acrónimo PC), poliamida (PA), polioximetileno (POM) y ABS (la mezcla polimérica de acrilonitrilo-butadienoestireno), todos los materiales ahora de uso común llamado "commodity".
Tecnopolímeros con refuerzo
Dejando de lado las infinitas nuevas formulaciones de estos primeros tecnopolímeros, también se ha introducido alguna innovación al cambiar en algunos casos el alcance y la calidad de cualquier refuerzo (en forma de polvo, fibras y partículas). Estos refuerzos se insertan en los materiales vírgenes aguas arriba de la operación de moldeo. Un ejemplo es el moldeo en el sector de componentes mecánicos y automotrices de piezas pequeñas y medianas en polipropileno, PP, cargadas con fibras de vidrio largas con un contenido de fibra de hasta 40% en peso. En este caso, las fibras largas en cualquier caso están destinadas a ser fibras discretas pero de hasta 50 mm de largo, un tamaño muy grande si se considera que típicamente los polímeros de moldeo están cargados con microfibras.Superpolímeros
Entre los nuevos materiales de alto rendimiento que se han establecido recientemente en el mundo del moldeo, se debe mencionar primero la clase de superpolímeros derivados. Poliftaloamidas, sulfuro de polifenileno, poliarilsulfona, poliéster aromático y poliamida-imida, estos son conocidos como súper polímeros, que contienen anillos aromáticos en sus cadenas principales, que le da las propiedades alta resistencia mecánica , térmica y una resistencia superior al fuego incluso en comparación con los tecnopolímeros Además de la resistencia a altas temperaturas, tienen una alta resistencia y un módulo de elasticidad comunes, y una excelente resistencia a solventes, aceites y ambientes corrosivos.
Otros polímeros
Otros materiales termoplásticos que se mencionarán en el campo de los tecnopolímeros siguen siendo PBT (tereftalato de polibutileno, también llamado tereftalato de politetrametileno, PTMT), PPE (éter de polifenilo, también llamado óxido de polifenileno, PPO), PA (poliamida), POM (acetal), etc., incluso si su difusión y la distancia en términos de rendimiento de los superpolímeros es ahora tal como para relegarlos al límite del mundo de los polímeros de alto rendimiento. Las últimas menciones sobre tecnopolímeros se refieren a las familias de polímeros fluorados y poliimidas. Para los polímeros fluorados, además del PTFE que posee la mayor estabilidad térmica de todos los tecnopolímeros (con temperaturas máximas de funcionamiento a corto plazo de aproximadamente 300°C y a largo plazo de casi 250°C), el fluoruro de polivinilideno es de gran interés. PVDF que, en cambio, supera todos los componentes de su familia por su resistencia a la radiación de alta energía. Otros componentes valiosos son los copolímeros fluorado como el copolímero de etileno-clorotrifluoroetileno ECTFE, que es uno de los polímeros que contienen flúor con mayor módulo elástico y resistencia, a la vez que presenta un valor de resistencia significativo.El polipropileno (PP) se parece al PE, pero es un poco más duro y rígido que el HDPE. También es cristalino y se funde a ≈ 165°C. Su resistencia al impacto a temperaturas más bajas es bastante pobre; por lo tanto, el PP a menudo se modifica con una cierta cantidad de caucho (incorporado principalmente como copolímero). Las principales aplicaciones son: películas de embalaje, fibras, cajas, tubos, piezas de automóviles (a menudo con rellenos de refuerzo). Una característica especial del PP es su capacidad para formar bisagras integrales con una resistencia prácticamente ilimitada contra la flexión repetida.
El cloruro de polivinilo (PVC) es un polímero duro y amorfo que se ablanda a unos 85°C. Incluso en PVC, a veces se agregan gomas para mejorar la resistencia al impacto. Las principales aplicaciones del PVC son: tuberías, canalones, paneles frontales de edificios, cables, botellas, baldosas. Se obtiene un material mucho más suave y flexible al mezclarlo con plastificantes: el PVC blando o plastificado se usa en cuero artificial, tuberías y mangueras, calzado, películas, etc.
El poliestireno (PS) es un polímero amorfo, muy frágil y duro con una temperatura de reblandecimiento de alrededor de 90°C. La mejora de su resistencia al impacto se obtiene nuevamente al mezclar con caucho (en la mayoría de los casos, caucho de butadieno), lo cual es a expensas de la rigidez. El PS no modificado se aplica en gran medida como espuma para embalaje y aislamiento térmico. El PS de alto impacto (PS o HIPS) se usa para tazas de café, artículos para el hogar, etc.
El estireno-acrilonitrilo (SAN) es un poco más rígido que el PS y tiene mejor resistencia al impacto y a la temperatura. Se utiliza principalmente en partes de electrodomésticos y electrodomésticos, baterías, etc.
El acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) es a veces un terpolímero de tres monómeros, pero en la mayoría de los casos es una mezcla de dos copolímeros. El ABS tiene una excelente resistencia al impacto y una temperatura de reblandecimiento relativamente alta (alrededor de 110 ° C). Su rigidez es solo ligeramente menor que la de PS. Encuentre aplicaciones a gran escala en la industria automotriz, en juguetes, teléfonos, estuches de TV, etc.
El polimetilmetacrilato (PMMA), que lleva nombres comerciales como perspex y plexiglás, es un polímero amorfo, relativamente duro y transparente. Su rigidez se mantiene hasta casi la temperatura de reblandecimiento (110°C). La mayoría de las aplicaciones se basan en sus cualidades ópticas superiores: vidrio de seguridad, material decorativo, señales de tráfico, etc.
La poliamida (PA) se conoce generalmente como "nylon". Esta es una colección de polímeros, que difieren en la estructura de la cadena y que, en función del número de átomos de C consecutivos en la cadena, se designan como PA-6, PA-6,6, PA-11, PA -4,6 y PA-12. Los AP se utilizaron inicialmente solo como materiales de fibra, pero luego encontraron una posición bajo el tecnopolímero. Las poliamidas son polímeros cristalinos con puntos de fusión relativamente altos (entre aproximadamente 200 y 300 ° C). Tienen buena resistencia al impacto, ya que absorben diferentes porcentajes de agua de la atmósfera. Además, la buena resistencia a la abrasión y la baja fricción los hacen adecuados para uso técnico, como cojinetes y ruedas dentadas. Muy a menudo las poliamidas se refuerzan con fibras de vidrio cortas para mejorar su rigidez.
El polioximetileno (POM) es, una vez más, un polímero cristalino, con un punto de fusión de aproximadamente 180°C. Sus propiedades mecánicas le permiten reemplazar gradualmente los metales en diferentes aplicaciones. Muchas piezas técnicas están hechas de POM, como ruedas dentadas, barras, accesorios para automóviles, partes de numerosos electrodomésticos y máquinas. El polímero se usa como tal POM-H, pero también como copolímero con una pequeña cantidad de óxido de etileno POM-C
El policarbonato (PC) es, hasta aproximadamente 140°C, un polímero transparente vidrioso amorfo con excelentes propiedades mecánicas, en particular en lo que respecta a la resistencia al impacto. Esto lo hace muy adecuado para el reemplazo de vidrio, pero también para una serie de aplicaciones técnicas en las que reemplaza los metales. Para este último, el refuerzo con fibras de vidrio cortas abre nuevas posibilidades. Un punto débil de la PC es su poca resistencia al estrés ambiental en contacto con una serie de líquidos orgánicos.
El tereftalato de polietileno (PET) es un poliéster (saturado) y es, como el nylon, conocido por su uso a gran escala como fibra textil. También se aplica en una escala creciente como plástico, es decir, en películas, botellas (la "botella de PET") y moldeo por inyección. Aunque su rigidez disminuye significativamente por encima de los 70 ° C, permanece sólida hasta su punto de fusión (255°C).
El tereftalato de polibutileno (PBT) difiere solo ligeramente en su estructura química de PETP; su punto de fusión es ligeramente más bajo y su procesabilidad es mejor. Las aplicaciones en artículos moldeados por inyección son similares a las de PETP.
El óxido de polifenileno (PPO) o el éter de polifenileno (PPE) es un polímero amorfo con una temperatura de reblandecimiento de aproximadamente 210ºC. Para mejorar su procesabilidad, se mezcla principalmente con PS, lo que es a costa de su temperatura. distorsión térmica Las propiedades son excelentes; Las aplicaciones son principalmente en la construcción mecánica fina, piezas de automóviles, equipos domésticos, etc.
El Polisulfona (PSU) es un polímero de alto rendimiento con propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas superiores en una región de temperatura de –100 a 180ºC. Se utiliza principalmente en aplicaciones mecánicas y eléctricas complejas.
El sulfuro de polifenileno (PPS) es un polímero altamente cristalino con un punto de fusión de 290°C. Combina buenas propiedades mecánicas con una resistencia térmica y química muy alta; También es autoextinguible. Por ejemplo, se usa como recubrimiento protector en superficies metálicas.
La poliimida (PI) cubre todos los demás polímeros en su rango de temperatura de uso (de –200 a 260°C en el aire; por un corto tiempo, incluso hasta 500°C). Debido a su alto precio, se usa solo en casos especiales, como naves espaciales, reactores nucleares y algunas piezas electrónicas. Los desarrollos más recientes, relacionados con la poliimida, son la imida poliéter poliéster imida y la poliamida imida, todas con excelentes propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas y autoextinguibles.
El politetrafluoroetileno (PTFE), conocido principalmente como "Teflón", tiene como propiedades especiales su alto punto de fusión (327 ° C), su excelente resistencia a los productos químicos y su extremadamente baja fricción. aunque el polímero es mecánicamente débil y muestra un flujo fuerte, aunque el procesamiento es muy difícil (posible solo a través de un proceso de sinterización) y aunque es muy costoso, se usa en una serie de aplicaciones como rodamientos, tuberías, anillos de sellado, Aislamiento eléctrico y revestimientos en macetas de cocina. A menudo, el polímero se refuerza con cargas.
El sulfuro de polifenileno (PPS) es un polímero altamente cristalino con un punto de fusión de 290°C. Combina buenas propiedades mecánicas con muy alta resistencia térmica y química; También es autoextinguible. Por ejemplo, se usa como recubrimiento protector en superficies metálicas.
La poliimida (PI) cubre todos los demás polímeros en su rango de temperatura de uso (de –200 a 260°C en el aire; por un corto tiempo, incluso hasta 500°C). Debido a su alto precio, se usa solo en casos especiales, como naves espaciales, reactores nucleares y algunas piezas electrónicas. Los desarrollos más recientes, vinculados a la poliimida, son la imida de poliéster poliéster de poliéster y la imida de poliamida, todas con excelentes propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas y autoextinguibles.
El tetrafluoroetileno-perfluoropropileno (FEP) se asemeja al PTFE en sus propiedades, pero puede procesarse como un polímero termoplástico.
El fluoruro de polivinilideno (PVDF) y el copolímero de etilen tetrafluoroetileno (ETFE) pueden considerarse PTFE "diluido", que en su estructura y propiedades se encuentran entre PTFE y poliolefinas PE y PP. Se pueden procesar con técnicas normales y encontrar aplicaciones similares al PTFE.
Al contrario de los polímeros mencionados hasta ahora, el acetato de celulosa (CA) y el butirato de acetato de celulosa (CAB) no son completamente sintéticos, sino derivados de la celulosa vegetal. Son materiales robustos, resistentes y bien trabajables, utilizados en muchas aplicaciones domésticas y técnicas, como cabeza de martillo, cinta magnética, juguetes, etc. CAB tiene una estabilidad de forma superior en comparación con AC y se utiliza en accesorios y tuberías para automóviles.
El polibutileno (PB) pertenece a la familia de las poliolefinas (PE y PP), pero se usa mucho menos debido a su mayor precio. Aunque no difiere mucho del PE en términos de rigidez y punto de fusión, tiene mejor resistencia al agrietamiento y al estrés ambiental que el PE y PP y una mayor tenacidad y resistencia al desgarro. Sus aplicaciones son principalmente en películas para bolsas de carga pesada y tuberías para el transporte de agua caliente.
El polimetileno pentileno (PMP) es, nuevamente, una poliolefina, pero con un punto de fusión mucho más alto que los otros (240°C). A pesar de su naturaleza cristalina, PMP puede ser bastante transparente. Se usa a.o. en frascos de laboratorio.
l polietere etere chetone (PEEK) e il polietere solfone (PES) appartengono ai più recenti sviluppi nel campo dei polimeri tecnici ad alte prestazioni. Entrambi possiedono ottime proprietà termiche e meccaniche, che possono essere ulteriormente migliorate rinforzando le fibre. La loro applicazione è principalmente in aeromobili e veicoli spaziali.
Il polichetone (PK) è un nuovo polimero con un'attraente combinazione di proprietà (molto dura, elevata resistenza all'abrasione, resistenza alle alte temperature, facile da lavorare, buona resistenza chimica e proprietà barriera). Sta cercando di trovare la sua strada in varie potenziali applicazioni o l'etere di polifenilene (PPE) è un polimero amorfo con una temperatura di rammollimento di circa 210°C. Per migliorare la sua processabilità viene principalmente miscelato con PS, che è a costo della sua temperatura di distorsione termica. Le proprietà sono eccellenti; le applicazioni sono principalmente nella costruzione meccanica fine, nelle parti automobilistiche, nelle apparecchiature domestiche ecc.