Plásticos comunes resistentes a los impactos
¿Buscas termoplásticos que puedan soportar un golpe fuerte sin romperse? A continuación enumeramos cinco polímeros resistentes a los impactos que puedes tener en cuenta para tu próximo proyecto.
Duro. Resistente a las fracturas. Capaz de soportar pinchazos y grietas cuando se golpea. Así es como algunos describen el plástico resistente a los impactos. Sin embargo, como vamos a ver, ese término es algo ambiguo. Que un chicle no se parta en dos al golpearlo con un martillo no significa que sea resistente a los impactos. Mete ese mismo chicle en el congelador durante un rato y luego dale un golpe. Se convierte en metralla.
Este mismo fenómeno de "quebradizo al enfriarse" ocurre con muchos polímeros: si dejas caer el contenedor de reciclaje de polipropileno (PP) en pleno invierno, probablemente necesitarás uno nuevo. Otros plásticos, como la polieteretercetona (PEEK), pueden soportar casi cualquier temperatura, mientras que algunos (bastantes, en realidad) se van volviendo más quebradizos cuando se exponen a la luz ultravioleta. Un ejemplo es el polioximetileno (POM), también conocido como acetal, que se debilita si se deja al sol demasiado tiempo, al igual que uno de los polímeros más resistentes a los impactos, el policarbonato (PC).
Cómo identificar los plásticos resistentes a los impactos
Debido a estas variables, antes de comenzar cualquier proyecto es fundamental evaluar las opciones de materiales y elegir entre aquellos que tendrán un buen comportamiento en el entorno previsto para el producto. Podrías empezar revisando las fichas técnicas de los fabricantes de plásticos. Allí verás términos como "impacto Izod con muescas", "impacto Gardner" e "impacto de dardo instrumentado". Cada uno de ellos se define bajo varios estándares ASTM e DIN e ISO (la prueba de impacto Charpy ISO 179, por ejemplo, o el impacto multiaxial ASTM D3763), y cada uno trata de definir cómo reaccionarán los materiales al golpearlos.
La premisa básica es utilizar condiciones controladas y golpear una muestra de un material determinado para ver cómo resiste el impacto. Para la prueba IZOD con muescas se utiliza un péndulo que gira hacia abajo y golpea la abrazadera de un soporte que, a su vez, golpea el plástico. En la prueba de Gardner se utiliza un peso que cae directamente sobre un objeto redondeado, similar a un dardo, situado encima del material. La cantidad de peso y la altura necesarias para crear daños son las que determinan la resistencia al impacto. En definitiva, cuanto mayor sea el impacto necesario para romper el plástico, mayor será su resistencia al impacto.
Dada la gran cantidad de estándares, es tu departamento de ingeniería el que debería determinar cuáles van a utilizar durante el diseño del producto, para poder comparar. Lamentablemente, la variedad de estándares puede resultar confusa, ya que cada uno de ellos hace referencia a diferentes métodos de ensayo y formas de preparar las muestras de prueba. Las fichas técnicas ofrecen estadísticas diferentes y luego está el molesto problema de siempre de las unidades métricas frente a las imperiales. Algunas fichas técnicas no ofrecen valores de pruebas de impacto, pero sí valores de resistencia al módulo de tracción, fuerza de flexión, alargamiento a la cesión y dureza, que al menos dan pistas sobre la resistencia del material. Sin embargo, debes tener en cuenta que la resistencia y la dureza suelen ser contradictorias: más resistencia suele indicar un mayor nivel de fragilidad, justo lo contrario de la resistencia al impacto.
Gran parte de la resistencia o dureza de un polímero se debe a su temperatura de transición vítrea (Tg) y a si el plástico es amorfo o semicristalino. No podemos tratar todos estos aspectos aquí, por eso tenemos otra sugerencia de diseño en la que se explica este tema tan importante. Échale un vistazo si necesitas más información.
Además, prácticamente todas las propiedades de los materiales varían en función del fabricante y de si están destinados al mecanizado CNC, al moldeo por inyección de plástico o a la impresión 3D.
La experiencia es la madre de la ciencia
Entonces, ¿cuál sería la respuesta? En realidad, hay varias. Si tu empresa ha invertido en un software de análisis de elementos finitos (FEA), estás de enhorabuena. Uno bueno te permitirá cargar diferentes materiales y sus propiedades, seleccionar variables como la temperatura y la carga, y luego golpear piezas virtuales con martillos virtuales para ver cómo responden. Pero aunque no tengas un software de ingeniería de alta gama, algunos programas populares, como SOLIDWORKS, Fusion 360 y otros paquetes CAD ofrecen capacidades innatas o complementos de FEA a un coste razonable.
5 materiales comunes resistentes a los impactos
Como prometimos al principio, estos son los "cinco materiales resistentes a los impactos" de esta sugerencia de diseño. No se trata en absoluto de una lista exhaustiva y, como ya hemos dicho, la resistencia depende de muchos factores, entre ellos la geometría de la pieza. Encontrarás más información sobre esto al final.
1. ABS
A diferencia de la mayoría de los polímeros amorfos, el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) es opaco. También es muy duro y resistente a los impactos, incluso a bajas temperaturas. El salpicadero de tu coche puede estar hecho de ABS, al igual que los 9.036 bloques de Lego de la maqueta del Coliseo Romano en la que llevas trabajando los últimos tres fines de semana. El ABS es duro y rígido, aislante eléctrico, muy moldeable y se puede reciclar una y otra vez. Sin embargo, no tiene un buen comportamiento ante los disolventes o las estancias prolongadas al sol, ni ante las aplicaciones en las que se requiere una gran resistencia a la fatiga. Al igual que con el siguiente material, mecanizamos, imprimimos en 3D y moldeamos por inyección el ABS y materiales similares al ABS.
2. PC
El policarbonato (PC), el material de los cristales a prueba de balas, es lo mejor en cuanto a resistencia al impacto. Sería como el yin del yang duro y resistente a los arañazos del acrílico. El PC puede soportar repetidas esterilizaciones con vapor, por lo que se utiliza mucho en aplicaciones médicas. También es resistente al calor, a las llamas y a la luz ultravioleta si se trata adecuadamente, lo que lo convierte en la primera opción para todo tipo de aplicaciones, desde invernaderos hasta gafas de seguridad, pasando por biseles de faros y escudos antidisturbios. Sin embargo, debes tener en cuenta que el PC es uno de los polímeros de ingeniería más caros y, si la transparencia óptica es importante para tu proyecto, se debe recubrir para evitar arañazos.
3. HDPE
Algunos fabricantes afirman que el polietileno de alta densidad (HDPE) no solo es el más versátil de todos los plásticos, sino también el que más se utiliza. Probablemente tengan razón. El HDPE está disponible en formas rígidas o flexibles y es ligero pero fuerte. Los fabricantes de automóviles lo utilizan para los depósitos de gasolina, los proveedores de productos lácteos para los envases de leche y los fabricantes de muebles de exterior para eso, para los muebles de exterior. Cada una de estas aplicaciones requiere una buena resistencia al impacto y, al igual que cuando se expone a la luz solar y a los productos químicos, el HDPE la cumple.
4. Copolimero de impacto PP
No solo tiene una resistencia al impacto muy alta, sino que también tiene una estabilidad térmica muy buena. El 500-GA20 es un copolímero de impacto de alto índice de fluidez para el moldeo por inyección. Entre sus aplicaciones se incluyen artículos para el hogar, envases, baterías de coche, juguetes, compuestos y productos de consumo. Hay que tener en cuenta que este material funciona mejor en condiciones secas y sin polvo, por debajo de los 50 °C, y que debe evitarse la exposición a la luz solar.
5. PTFE
Este último podría sorprenderte. El PTFE, también conocido como politetrafluoroetileno o teflón, es suave y blando, pero superresistente. Su resistencia al impacto es superior a la del PEEK y a la de la mayoría de los policarbonatos, y está a la par con el HDPE. También tiene un coeficiente de fricción muy bajo, solo superado por el carbono tipo diamante (DLC) y el boruro de aluminio-magnesio de cerámica superdura. Si buscas piezas de teflón moldeadas por inyección o impresas en 3D, adelante: gracias a su punto de fusión muy alto, 327 °C, el PTFE se puede mecanizar, pero prácticamente eso es todo. Hay que tener en cuenta que tiende a la fluencia bajo presión, por lo que debe limitarse mecánicamente cuando se utilice para arandelas, cojinetes y otras aplicaciones que soporten carga.
También hay otros, como la polifenilsulfona (PPSU), el PEEK, el TPE o el elastómero termoplástico, e incluso algunos nilones y acetales. También en este caso, la resistencia al impacto suele depender de la temperatura de aplicación y se ve mitigada por la resistencia a la tracción, la resistencia a los rayos UV y otros factores. No dudes en hacer algunas piezas de muestra y compararlas antes de decidirte por un material u otro.
Antes de irnos, queremos hacer una puntualización que quizás sea la más importante de todas: el papel que juega el diseño del producto en la resistencia al impacto. Por ejemplo:
- Las muescas y las esquinas afiladas tienden a aumentar la posibilidad de que una pieza se rompa bajo la fuerza, mientras que las esquinas redondeadas tienden a hacer que las piezas sean más duraderas.
- Aunque suene contradictorio para un ingeniero, intenta evitar diseños de productos rígidos y muy rígidos: una pieza que pueda ceder un poco bajo presión tiene menos probabilidades de fallar.
- Si vas a utilizar nervaduras de refuerzo, colócalas en zonas de fuerzas de compresión más que de tensión, igual que lo ideal es que las líneas de soldadura se sitúen donde las fuerzas potenciales de impacto sean menores.
Por último, no dudes en compartir con nosotros cualquier duda que tengas durante la fase de presupuestos. Contamos con décadas de experiencia en fabricación y estamos aquí para ayudarte a encontrar el material adecuado para lograr un diseño excelente.