Cómo elegir un plástico resistente al calor
¿Necesitas aumentar la temperatura de las piezas de plástico? Estos son los ocho polímeros para altas temperaturas que debes conocer
Si alguna vez has metido un recipiente con comida en el microondas durante demasiado tiempo, sabrás que algunos plásticos no soportan demasiado bien las altas temperaturas. Según la antigüedad y del tipo de recipiente, puede que estés guardando la cena de anoche en polipropileno (PP), policarbonato (PC) o polietileno (PE), ninguno de los cuales es un superhéroe resistente al calor. El polipropileno, por ejemplo, empieza a perder resistencia a partir de los 82 °C. El polietileno es más resistente a 130 ºC, pero incluso el llamado policarbonato «de alta temperatura» solo resiste 140 ºC.
Definición de calor: ¿Qué es un plástico resistente al calor?
Como muestra el simbolito de microondas en la parte posterior de estos envases, cada uno de los polímeros que acabamos de enumerar está claramente capacitado para calentar las sobras. Sin embargo, para las aplicaciones de alta temperatura se necesita algo más robusto. ¿Qué significa esto exactamente? Dicho de otra forma, ¿qué se considera verdadero calor? La respuesta exacta depende de los requisitos de la aplicación, pero para el propósito de esta sugerencia de diseño, vamos a definirlo como más de 175 °C.
El Teflon® «mejora las cosas»
Normalmente, el PTFE se utiliza como recubrimiento de alfombras y ropa, pero debido a su bajo coeficiente de fricción, también es una excelente opción para componentes como bloques de rodamientos y carcasas. El PTFE es relativamente blando, por lo que es fácil de mecanizar, pero tiene menos estabilidad dimensional debido a su dilatación térmica. Sin embargo, como no fluye cuando se calienta por encima de su punto de fusión de 327 °C, no se puede moldear por inyección de plástico ni se puede imprimir en 3D.
Rendimiento de la PEEK
Un termoplástico resistente al calor que se puede mecanizar y moldear por inyección es la polieteretercetona, o PEEK. Con un punto de fusión cercano al de la PTFE, la PEEK conserva sus propiedades mecánicas (que son bastante excelentes) a temperaturas de 250 °C o superiores (hasta 300 °C durante períodos cortos). También es resistente a la radiación, al ataque químico y a la hidrólisis. Esta última característica significa que la PEEK puede esterilizarse en autoclave, lo que la convierte en un favorito del sector médico para su uso en implantes para la columna y dispositivos de fijación. Estas mismas propiedades la hacen adecuada como polímero de uso alimentario.
La PEEK tiene una buena fuerza dieléctrica, por lo que se suele utilizar como aislante eléctrico en aplicaciones de semiconductores. No es tan «resbaladiza» como el PTFE, pero sigue teniendo un bajo coeficiente de fricción y es muy resistente al desgaste. Se utiliza mucho en las juntas de los automóviles, los anillos de desgaste y las superficies de los rodamientos. Además, gracias a su elevada relación resistencia-peso y a otros atributos físicos, la PEEK suele sustituir a las aleaciones de metales en diversos componentes aeronáuticos (con una densidad de 1,32 es 1/5 el peso del acero (8) y menos de la mitad del peso de la mayoría de las aleaciones de aluminio (3). Al igual que el PTFE, la PEEK es realmente un material maravilloso...
Otros plásticos para altas temperaturas
También lo es el sulfuro de polifenileno (PPS). Aunque no está a la altura de la PEEK ni del PTFE en cuanto a capacidades térmicas, sigue ofreciendo una respetable temperatura de trabajo de 220 °C. Conocido por los ingenieros de automoción y eléctricos como Ryton®, este termoplástico ofrece una buena combinación de resistencia a la corrosión, resistencia mecánica y propiedades dieléctricas. También fluye bastante bien en las operaciones de moldeo por inyección de plástico y presenta un encogimiento mínimo, lo que lo convierte en un buen candidato para conectores eléctricos de precisión y otros componentes similares.
El PPS no es una buena opción para piezas mecanizadas, pero el PPSU sí. La polifenilsulfona (también conocida como Radel®) tiene una temperatura de trabajo bastante cercana a la del PPS, goza de características mecánicas y eléctricas similares, puede esterilizarse y es bastante mecanizable. Se utiliza en los biseles de las ventanas de los aviones, en los mangos del instrumental quirúrgico, en los accesorios de agua caliente y, como cumple con la FDA (al igual que los demás polímeros mencionados hasta ahora), es apto para el contacto directo con los alimentos.
También está la polieterimida (PEI), conocida como Ultem. La PEI se puede mecanizar y moldear por inyección y está disponible en una gama de niveles de relleno de vidrio (GF). Con una temperatura máxima de funcionamiento continuo de 171 °C, la Ultem no es del todo compatible para cocinar galletas, pero es un excelente polímero para todas las aplicaciones que requieren resistencia, rigidez, resistencia a los disolventes y a las llamas, y propiedades dieléctricas
¿Qué ocurre con los materiales de impresión 3D resistentes al calor?
Otros polímeros destacados para altas temperaturas son Vectra, un tipo de polímero cristalino líquido (LCP) moldeable por inyección que se utiliza habitualmente en el sector de la tecnología de montaje en superficie (SMT). Ofrece excelentes características de fluidez, permite fabricar piezas con paredes muy finas y tiene un rango de funcionamiento de hasta 240 °C. También está el PC/PBT, una mezcla de policarbonato y tereftalato de polibutileno capaz de resistir temperaturas de hasta 130 °C, nada que ver con sus homólogos descritos hasta ahora, pero que ofrece un buen equilibrio entre dureza y resistencia a la intemperie, especialmente cuando las temperaturas frías son un problema (como -40 °C).
Quizá te preguntes, «¿qué pasa con las piezas impresas en 3D?, ¿cuáles son las opciones de materiales para altas temperaturas en este caso?». Estás de suerte. La principal es una resina estereolitográfica Ceramic-Like Advanced High-Temp (PerFORM) capaz de soportar temperaturas de hasta 268 °C tras un proceso opcional de poscurado. Esto permite a los diseñadores crear prototipos de piezas resistentes y rígidas para su uso en aplicaciones tales como pruebas de túnel de viento, herramientas rápidas, carcasas electrónicas, etc. Asimismo, el PC-Like Translucent Advanced High Temp (Accura 5530) es un material translúcido que combina la claridad óptica con una buena resistencia al calor. Y al igual que los policarbonatos utilizados para componentes mecanizados y moldeados por inyección de plástico, el Accura 5530 resiste el agua, a los productos químicos, al fuego y los efectos eléctricos.
¿Qué pasa con los metales?
A estas alturas deberías haber seleccionado un plástico adecuado, pero si necesitas temperaturas mucho más elevadas, podemos ofrecerte una gama de metales de fabricación CNC (aceros inoxidables, titanio) y de fabricación aditiva (+ Inconel® y cromo cobalto).
Consideraciones sobre la fabricación
Dado que cada uno de los polímeros técnicos de los que hemos hablado son a la vez resistentes y estables, hay poco de lo que preocuparse en cuanto a la fabricabilidad del diseño. Algunos son más abrasivos que otros y requieren que el maquinista utilice brocas y fresas de carburo, mientras que los que tienen temperaturas de fusión muy altas podrían requerir algunos ajustes en el proceso de moldeo por inyección de plástico. No obstante, dado que todos ellos figuran en la lista de materiales estándar de Protolabs, se proporcionará información al respecto durante el proceso de elaboración de presupuestos en línea.
Te animamos a que consultes la extensa lista de hojas de datos de materiales disponibles en nuestro sitio web para obtener más información. Con más de 140 polímeros y 30 tipos de elastómeros o silicona líquida (LSR) disponibles (algunos de los cuales pueden soportar temperaturas bastante elevadas), seguro que existe el material perfecto para tu próximo proyecto.