Materiales alternativos para el moldeo por inyección de plásticos

PLÁSTICO ALTERNATIVO: PEEK (Poliéter Éter Cetona) Y PAEK (Poliariletercetona)
NOMBRES COMERCIALES DE LA PEEK: VICTREX, KETASPIRE, THERMOCOMP

Las poliariletercetonas (PAEK) son una clase de termoplásticos de ingeniería semicristalinos de alto rendimiento que presentan una combinación única de estabilidad térmica, resistencia química y excelentes propiedades mecánicas en un amplio intervalo de temperaturas.

Este tipo de polímeros tiene también una buena resistencia a la combustión y un buen rendimiento eléctrico. La alta estabilidad térmica se debe a los grupos de difenileno-cetona, que aportan una gran fuerza y una alta resistencia a la oxidación, pero hacen que el polímero sea rígido. La flexibilidad de la columna vertebral del polímero la proporcionan los enlaces de éter, que también contribuyen a la estabilidad térmica.

En la cadena de suministro, pueden producirse muchas perturbaciones. En esta guía se recopila una lista de materiales alternativos para su uso en las piezas moldeadas.

Algunos tipos, como la PEEK1, son extremadamente resistentes y tienen una gran fuerza de impacto. Debido a la naturaleza semicristalina de estos polímeros, se conserva un alto grado de las propiedades mecánicas cerca de la temperatura de fusión. Además, presentan una muy baja tendencia a la fluencia y buenas propiedades de deslizamiento y desgaste. Estas propiedades se mantienen en un amplio intervalo de temperaturas.

Las poliariletercetonas son conocidas por su excelente resistencia química a muchos
productos químicos orgánicos e inorgánicos, y por su excepcional resistencia a la hidrólisis
en agua caliente. Sin embargo, presentan una resistencia deficiente o moderada a la
intemperie debido a los daños causados por la radiación UV2, mientras que la resistencia a los rayos beta, gamma y X es buena. Algunas calidades de PAEK muestran una buena resistencia a la combustión y, cuando arden, producen menos gases tóxicos y corrosivos que muchos otros polímeros de alto rendimiento.

Las PAEK y las polietersulfonas se utilizan a menudo en aplicaciones similares. Sin embargo, las PAEK tienen mejor resistencia a los disolventes que las polietersulfonas porque son semicristalinas, mientras que estas últimas son polímeros amorfos, por lo que son más propensas al ataque de los disolventes. La excelente resistencia a los disolventes puede ser un factor crítico en muchas aplicaciones exigentes.

Al igual que las poliariletercetonas, las polietercetonas no suelen ser dañadas por la exposición prolongada al mar (agua salada) o al vapor, lo que las convierte en candidatas ideales para su uso en aplicaciones como componentes médicos, equipos submarinos y componentes de válvulas. Debido a su buena resistencia al desgaste y a sus propiedades mecánicas, como su elevada rigidez y sus propiedades de fluencia y fatiga a largo plazo, las piezas mecánicas fabricadas con PAEK pueden sustituir al acero en muchas aplicaciones.

Algunos ejemplos son los rotores de alta velocidad, las intrincadas carcasas de los rodamientos, los tapones de los trenes de aterrizaje de los aviones y las abrazaderas P aeroespaciales. Debido a su naturaleza semicristalina, las PAEK conservan un alto grado de sus propiedades mecánicas cerca de su temperatura de fusión. Algunas PAEK tienen una temperatura de servicio continua de más de 250 grados C.

PLÁSTICO ALTERNATIVO: PEI (Polieterimida) 

NOMBRES COMERCIALES DEL PEI: ULTEM, EXTEM, THERMOCOMP

Las poli(éter)imidas (PI, PEI) son termoplásticos de ingeniería de alto rendimiento de color entre ámbar y transparente. Tienen unas propiedades térmicas, mecánicas y químicas extraordinarias y suelen ser la mejor opción para las aplicaciones más exigentes en las que se requiere una alta resistencia mecánica en combinación con una alta temperatura, corrosión y resistencia al desgaste.

Por ejemplo, algunas calidades tienen temperaturas de servicio continuas de hasta 371 grados C y son adecuadas para una exposición a corto plazo de hasta 538 grados C con una degradación térmica mínima y una  pérdida mínima de propiedades mecánicas. Los PEI y los PI resisten la mayoría de los productos químicos, incluidos los hidrocarburos, los alcoholes y los disolventes halogenados, y tienen una excelente resistencia a la fluencia a largo plazo. En muchos casos, pueden sustituir a los metales y otros materiales de alto rendimiento en aplicaciones estructurales.

Las propiedades eléctricas son de excelente estabilidad en condiciones variables de temperatura, humedad y frecuencia. En época de escasez de suministros, hay gran variedad de termoplásticos técnicos de alto rendimiento disponibles como alternativa a los materiales utilizados habitualmente.

Otras propiedades de rendimiento importantes son:

• Alta resistencia a la compresión y alta resistencia a la presión y a la fluencia
• Excelente resistencia al agrietamiento por tensión
• Buenas propiedades a bajas temperaturas
• Alta temperatura de transición vítrea de hasta 400 grados C (resinas amorfas)
• Alta temperatura de fusión (resinas semicristalinas)
• Excelente estabilidad termo-oxidativa a largo plazo
• Intrínsecamente ignífugo
• Dilatación térmica mínima
• Alta resistencia a la radiación
• Alta pureza y baja desgasificación en vacío
• Buena resistencia química a los ácidos, alcoholes, combustibles, aceites y disolventes halogenados
• Excelentes propiedades de aislamiento eléctrico
• Baja conductividad térmica
• Buena procesabilidad (puede ser extruido, termoformado, moldeo, etc.)

Sin embargo, las poli(éter)imidas tienen también algunas limitaciones y deficiencias. Por ejemplo, son caras y requieren altas temperaturas de procesado, y no pueden utilizarse por encima de su temperatura de transición vítrea a menos que se vuelvan a cocer.

Las poli(éter)imidas suelen ser una excelente opción para aplicaciones exigentes en el sector aeroespacial y del transporte. También encuentran muchas aplicaciones en la industria electrónica y de circuitos integrados, ya que cumplen las especificaciones más exigentes y estrictas de los materiales. Otras aplicaciones importantes son las carcasas de sondas, los marcos de las impresoras de tarjetas digitales, los muelles helicoidales y los protectores de cables. Debido a su elevado precio, las poliimidas y las polieterimidas solo suelen utilizarse en caso de que se requieran propiedades extraordinarias.

El intervalo típico de temperatura de servicio de las polieterimidas es de unos -270 grados
C a +300 grados C.

Gestionar los problemas de la cadena de suministro es un reto constante, máxime en
épocas de escasez de material. Teniendo esto en cuenta, en esta guía se enumeran los siguientes materiales alternativos a los termoplásticos utilizados habitualmente para el moldeo por inyección: ASA, COC, PCT, PEEK/PAEK, PEI, PESU, PMMA, PPA, PPO, PPS, PPSU, PSU, SPS.

PLÁSTICO ALTERNATIVO: PESU (Polietersulfona)
NOMBRES COMERCIALES DE LA PESU: ULTRASON, VERADEL

La PESU Veradel ofrece más dureza, resistencia y estabilidad hidrolítica que otros plásticos de ingeniería transparentes. Soporta la exposición prolongada al agua, a los productos químicos y a las temperaturas, ya que puede utilizarse a temperaturas de entre -40 y 204 grados C. Se recomienda el uso de la PESU Veradel en aplicaciones en las que se requiere una mayor capacidad térmica, una resistencia inherente a las llamas, una mayor resistencia química y mejores propiedades mecánicas.

Las propiedades de rendimiento más importantes son:

• Temperatura de deflexión térmica de 204 grados C
• Intrínsecamente ignífugo
• Buena resistencia química
• Excelentes propiedades eléctricas
• Transparencia
• Estabilidad dimensional

La PESU Veradel se utiliza normalmente en el sector eléctrico y electrónico, en membranas, en aplicaciones sanitarias, en la industria del automóvil y en aplicaciones de revestimiento y contacto con alimentos.

De todas las poliarisulfonas (PSU, PESU, PPSU), la PESU tiene los valores más altos de resistencia a la temperatura y módulo de tracción en elasticidad. Las propiedades de la PESU son similares a las de PSU, aunque presenta una mayor resistencia al impacto y una mejor resistencia química. Su rigidez y estabilidad son altas, y su sensibilidad a la ruptura es baja. Otros elementos que hay que evaluar al considerar la PESU:

• Alto coste: aplicable a aplicaciones muy exigentes
• Procesamiento a alta temperatura y presión
• Se ve afectada por disolventes polares como las cetonas, los disolventes clorados y los hidrocarburos aromáticos
• Baja resistencia a la luz UV

Al ser de naturaleza amorfa, presenta además una baja resistencia a las fisuras por tensión, especialmente durante la exposición a disolventes orgánicos. Como se ha mencionado anteriormente, el elevado precio de venta también es uno de los principales inconvenientes en comparación con los termoplásticos de ingeniería como las poliamidas, los poliésteres y los policarbonatos.

PLÁSTICO ALTERNATIVO: PMMA (Polimetilmetacrilato)

NOMBRES COMERCIALES DEL PMMA: PLEXIGLAS, DELPET, ACRYLITE, SUMIPEX, ACRYPET

Los polimetacrilatos son termoplásticos básicos amorfos de gran transparencia que pueden procesarse fácilmente y convertirse en muchos productos semiacabados como películas, varillas, tubos y láminas. El polímero de metacrilato más importante desde el punto de vista comercial es el poli(metilmetacrilato) (PMMA), también conocido como Plexiglas, Lucite, Acrylite y Altuglas. Es un termoplástico amorfo de gran volumen con una Tg (temperatura de transición vítrea) elevada (398 K), buenas propiedades mecánicas y una excelente resistencia a la intemperie. Es resistente a los aceites, a los alcanos y a los ácidos (diluidos), pero no a muchos disolventes (polares) como los alcoholes, los ácidos orgánicos y las cetonas. También es bastante quebradizo y tiene poca resistencia al impacto y a la fatiga.

Para aumentar su dureza, el PMMA se modifica a menudo con caucho tipo «core-shell» u otros modificadores de impacto. Estas resinas ofrecen una resistencia al impacto hasta 10 veces superior a la del PMMA estándar, manteniendo una gran claridad. Debido a su gran transparencia (92 % de transmisión), los acrílicos endurecidos se utilizan a menudo como sustitutos ligeros y resistentes a las roturas del vidrio normal.

Estas resinas tienen suficiente resistencia al impacto para ser mecanizadas.

El PMMA es una alternativa económica al policarbonato (PC) cuando no se requiere una gran dureza y resistencia al impacto. Se presenta en una gran variedad de formas, como láminas, varillas y tubos, y se utiliza para rótulos, fibras ópticas para la transmisión de luz, estructuras arquitectónicas, luces traseras para coches, bañeras y accesorios sanitarios, por nombrar solamente algunos productos.

PLÁSTICO ALTERNATIVO: PPA (Poliftalamida)
NOMBRES COMERCIALES DE LA PPA: AMODEL, ZYTEL, HTN

Otra categoría importante de poliamidas son las poliamidas semiaromáticas, también conocidas como poliftalamidas (PPA). Se trata de resinas termoplásticas semicristalinas, procesables por fusión, fabricadas a partir de la condensación de una diamina alifática, como la hexametilenodiamina, con ácido tereftálico y/o ácido isoftálico. La porción aromática comprende normalmente al menos el 55 por ciento molar de las unidades de repetición en la cadena del polímero. La combinación de grupos aromáticos y alifáticos reduce en gran medida la absorción de humedad, lo que se traduce en escasos cambios dimensionales y propiedades mucho más estables. Así pues, las PPA cubren el vacío de rendimiento entre los nilones alifáticos, como la PA6.6 y la PA6, y las poliaramidas, mucho más caras.

Son mayoritariamente cristalinos, y ofrecen una gran resistencia y rigidez a temperaturas elevadas. Sin embargo, estas resinas son más caras que las amidas alifáticas y son más difíciles de procesar debido al mayor punto de fusión. Para mejorar la procesabilidad y reducir el coste, a veces se mezclan con poliamidas alifáticas como el Nylon 66. Las dos amidas semiaromáticas más comunes son la poli(hexametileno teraftalamida) (PA 6T) y la poli(hexametileno isoftalamida) (6I). Estas resinas tienen un punto de fusión (6T: Tm ≈ 595 K) y una temperatura de transición vítrea (6T: Tg ≈ 410 k) muy altos. Son conocidos por su excelente estabilidad dimensional, su baja fluencia a temperaturas elevadas y su buena resistencia química, comparable a la de muchos plásticos de ingeniería de alto rendimiento.

Las poliamidas semiaromáticas suelen ser una alternativa rentable a las aramidas totalmente aromáticas, más caras. Cubren el vacío de rendimiento entre los nilones alifáticos y las poliaramidas, mucho más caras. Suelen ser una buena opción cuando los productos tienen que soportar una exposición prolongada a sustancias químicas más fuertes y/o a temperaturas más altas.

Entre las aplicaciones más comunes se encuentran las piezas de motor, los conectores de los conductos de combustible, las bombas de refrigerante, los casquillos, las almohadillas de los cojinetes en los motores de las aeronaves, los refrigeradores de aire de carga, los resonadores, los componentes de la cubierta del motor y los escudos térmicos, las válvulas del colector de corte de combustible y del calentador de agua, los conectores, los casquillos de alta tensión, las carcasas de los motores y los componentes de los faros.

PLÁSTICO ALTERNATIVO: PPO (Óxido de Polifenileno)

NOMBRES COMERCIALES DEL PPO: NORYL, TECANYL

El PPO tiene una alta resistencia a la tracción y al impacto, y es resistente a muchos productos químicos, como el vapor y el agua caliente, así como a los ácidos minerales y orgánicos, pero es sensible al agrietamiento por tensión. A pesar de sus numerosas y atractivas propiedades, el PPO y sus derivados solo han encontrado un uso comercial limitado.

La susceptibilidad del PPO a la oxidación térmica en relación con su alta temperatura de transición vítrea plantea un problema importante para el procesamiento de la masa fundida. Por este motivo, las resinas comerciales suelen mezclarse con poliestireno de alto impacto (HIPS), con el que es totalmente compatible, o con poliamida (PA). Algunas calidades de PPO rellenos se utilizan en la industria del automóvil y la electrónica. Algunos ejemplos son piezas de bombas, impulsores de ventiladores, soportes de catalizadores, tapones, aislantes y artículos domésticos.

Las calidades comerciales de éteres de polifenileno (modificados) están disponibles en Ensinger Ltd. (Tecanyl) y SABIC (Noryl). Además del PPO puro, también están disponibles mezclas de PPO y poliestireno y poliolefinas (PP) que ofrecen una amplia gama de flexibilidad, dureza y capacidades ignífugas. Las resinas están disponibles en calidades moldeables por inyección, extruibles y espumables.

PLÁSTICO ALTERNATIVO: PPS (Sulfuro de Polifenileno)

NOMBRES COMERCIALES DEL PPS: FORTRON, RYTON, TORELINA

El polifeniltioéter más utilizado es el poli(sulfuro de parafenileno) (PPS), también llamado sulfuro de polifenileno (PPS). Es un termoplástico de ingeniería semicristalino con un punto de fusión relativamente alto, de unos 560 K. Debido a su alto punto de fusión y a su poca solubilidad, hay que utilizar métodos de procesamiento especiales para fabricar productos con esta resina. Por ejemplo, el PPS puede moldearse por compresión a temperaturas de entre 550 y 650 K, a las que el PPS se ablanda y sufre reacciones de reticulación para dar lugar a un plástico totalmente insoluble. El PPS tiene una excelente resistencia química y al calor, una buena estabilidad dimensional, así como una resistencia a la tracción y una fuerza de flexión elevadas, gracias a la estructura de anillos aromáticos de la columna vertebral del polímero. Aunque las propiedades mecánicas disminuyen un poco con el aumento de la temperatura, se estabilizan aproximadamente a los 395 K, y se pueden esperar propiedades mecánicas moderadamente altas hasta los 530 K. El PPS se suele reforzar con fibras de vidrio o cargas minerales. Estas calidades tienen una resistencia mecánica mejorada, son notablemente más rígidos (módulo más alto) y muestran una mejor retención de la resistencia a temperaturas elevadas (mayor temperatura de deflexión térmica, HDT).

También presentan una capacidad retardante de la llama mejorada y unas propiedades eléctricas y electrónicas excepcionales, incluida una extraordinaria fuerza dieléctrica, que es extremadamente estable en un amplio intervalo de temperaturas y frecuencias.

El poli(sulfuro de p-fenileno) es el politioéter más utilizado. Este termoplástico de ingeniería semicristalino tiene muchas propiedades mecánicas y eléctricas interesantes. Por ejemplo, ofrece una alta estabilidad térmica y una extraordinaria fuerza dieléctrica, que es excepcionalmente estable en un amplio intervalo de temperaturas y frecuencias. Debido a estas propiedades, se utiliza ampliamente para piezas eléctricas y electrónicas como enchufes, conectores, relés, interruptores y encapsulación de piezas electrónicas. Otras aplicaciones son las piezas mecánicas de los automóviles y la ingeniería de precisión, como los sistemas de admisión de aire, las piezas de las bombas, las juntas, las válvulas, los casquillos y los cojinetes, especialmente para el servicio en entornos corrosivos.

PLÁSTICO ALTERNATIVO: PPSU (polifenilensulfona)

NOMBRES COMERCIALES DE LA PPSU: ULTRASON, RADEL

La PPSU es la polisulfona de mayor rendimiento. Es conocida por su gran dureza, alta fuerza de flexión, elevada resistencia a la tracción, excelente estabilidad hidrolítica y buena resistencia química y al calor. En comparación con las otras dos polietersulfonas, PSU y PES, tiene propiedades mecánicas superiores, pero también es más cara y, por tanto, se utiliza menos. También tiene la mejor resistencia química de todas las polietersulfonas.

Por ejemplo, es muy resistente a los ácidos minerales acuosos, a las bases y a los agentes oxidantes, así como a la mayoría de los disolventes. Sin embargo, los disolventes aromáticos y los disolventes oxigenados, como las cetonas y los éteres, podrían provocar cierto agrietamiento por tensión. La PPSU suele ser una excelente opción para los componentes expuestos a altas temperaturas y medios corrosivos, ya que tiene una excepcional resistencia química. Algunos ejemplos son los accesorios de tuberías, los contenedores de baterías, las piezas de dispositivos médicos y los productos esterilizables para la atención sanitaria y la enfermería. La polifenilsulfona también se utiliza en las industrias automovilística y aeroespacial para aplicaciones en las que se requieren propiedades térmicas y mecánicas superiores a las de las resinas convencionales. Sin embargo, la mayoría de las calidades (sin relleno) no son adecuadas para usos exteriores debido a su escasa resistencia a la intemperie, al ozono y a los rayos UV.

PLÁSTICO ALTERNATIVO: PSU (Polisulfona)

NOMBRES COMERCIALES DE LA PSU: ULTRASON, UDEL

PLa polisulfona (PSF, PSU) es un termoplástico de alto rendimiento, amorfo, transparente y de color ámbar pálido, producido por sustitución aromática nucleofílica entre la diclorodifenil sulfona y la sal disódica del bisfenol A con eliminación del cloruro de sodio. La resina resultante presenta una buena estabilidad de fusión, lo que permite su fabricación mediante métodos convencionales de procesamiento de termoplásticos, como el moldeo por inyección, la extrusión y el termoformado.

Debido a su bajo encogimiento en el molde, puede formarse en piezas pequeñas con estrechas tolerancias dimensionales. La PSU tiene excelentes propiedades mecánicas, eléctricas y termofísicas. Muchas calidades comerciales pueden tolerar altas temperaturas durante un largo periodo de tiempo y tienen una resistencia a la tracción y al impacto muy alta, comparable a la del policarbonato. La polisulfona también presenta una excelente estabilidad química e hidrolítica. Por ejemplo, es muy resistente a los ácidos minerales acuosos, a las bases y a los agentes oxidantes, y es bastante resistente a muchos disolventes. Sin embargo, la PSU no es resistente a los disolventes aromáticos y a varios disolventes polares moderados, como el benceno, el tolueno, la metiletilcetona y los hidrocarburos clorados.

Hay una serie de materiales plásticos alternativos disponibles, que se muestran aquí en forma de resina cruda. La elección de los materiales dependerá de sus propiedades y de las funciones previstas para las piezas. La polisulfona suele ser una excelente opción para los componentes que están expuestos al vapor y al agua caliente. A modo de ejemplo, podemos citar los componentes de los grifos, los componentes internos de las máquinas de café, las piezas de plástico esterilizables como los dispositivos médicos, los aparatos de agua caliente y los colectores de fontanería, así como las membranas para el tratamiento del agua, la separación de gases, la hemodiálisis, los alimentos y las bebidas. Sin embargo, la polisulfona (sin protección) no se recomienda para usos en exteriores porque la mayoría de las calidades (sin relleno) tienen poca resistencia a la intemperie y a los rayos UV.

PLÁSTICO ALTERNATIVO: SPS (Poliestireno Sindiotáctico)

NOMBRE COMERCIAL DEL SPS: XAREC

XAREC es la primera resina de poliestireno sindiotáctico (SPS) del mundo. Idemitsu creó este producto SPS único en los laboratorios centrales de investigación combinando un catalizador de metaloceno con un monómero de estireno. El catalizador de metaloceno da flexibilidad a la estructura del SPS de poliestireno cristalizado, permitiendo una variedad de configuraciones de anillos de benceno. Además, los investigadores aplicaron una tecnología avanzada de aleación y compuestos para ampliar considerablemente el potencial comercial del SPS como plástico de ingeniería.

Los aspectos más destacados del SPS son:

• Resistencia a la hidrólisis: En comparación con las resinas a base de poliéster y poliamida, el SPS ofrece una resistencia superior a la hidrólisis, comparable a la del polisulfuro de fenileno.
  
  
• Resistencia química: El SPS es muy resistente a la corrosión por diversos ácidos y alcalinos, y puede soportar los aceites y anticongelantes de los automóviles.
  
  
• Baja gravedad específica: Con uno de los pesos específicos más bajos de todos los plásticos técnicos del mercado, el SPS reduce el peso y el coste de las piezas.
  
  
• Resistencia al calor: Con una resistencia al calor a largo plazo de 130 grados C, una temperatura de distorsión térmica de 250 grados C y un punto de fusión de 270 grados C, el SPS puede utilizarse para la soldadura por ola y por reflujo. El SPS también es resistente a la humedad, y es útil para las piezas de chip de montaje superficial y los conectores.
  
  
• Propiedades eléctricas: Las propiedades eléctricas del SPS, incluido el factor de disipación y la constante dieléctrica, son similares a las de las fluororesinas. Al ser eléctricamente estable en un amplio intervalo de frecuencias y temperaturas, el SPS es adecuado para componentes de alta frecuencia.
  
  
• Estabilidad dimensional: Como el flujo y la dirección transversal de la resina fundida cambia poco durante el encogimiento del molde, el SPS ofrece un buen rendimiento dimensional en comparación con otras resinas cristalinas reforzadas con fibra de vidrio.
  
  
• Procesabilidad: El SPS se puede moldear fácilmente en cualquier máquina de moldeo por inyección de especificaciones estándar. Posee propiedades de gran fluidez, cercanas a las del plástico de cristal líquido, y la degradación debida al calentamiento es mínima. También se tritura fácilmente, lo que hace que el SPS sea fácil de reciclar.

Dada la resistencia al calor, las propiedades eléctricas, la resistencia química y el bajo peso específico, el SPS es muy adecuado para la fabricación de componentes electrónicos para diversos vehículos eléctricos híbridos. El SPS también es una buena opción medioambiental y es compatible con los procesos de soldadura sin plomo.

Puesto que el SPS funciona bien incluso si se somete a cambios de temperatura, o se expone a productos químicos del agua y al contacto eléctrico, se ha convertido en un componente esencial de muchos electrodomésticos. Las propiedades dieléctricas del SPS, entre ellas el bajo factor de disipación y la constante dieléctrica, son similares a las que se conocen para las fluororesinas, lo que hace que el SPS sea ideal para su uso en componentes de alta frecuencia.

En última instancia, como se mencionaba al principio de esta guía, los problemas de la cadena de suministro seguirán siendo un reto constante, especialmente en tiempos de escasez de material. Por eso es útil contar con una lista de materiales alternativos a los termoplásticos usados habitualmente para el moldeo por inyección.