PLASTICOS DE INGENIERÍA Son materiales desarrollados a partir de moléculas orgánicas gigantes, generalmente reemplazan otros materiales por lo general metálicos con excelentes resultados; como ventajas generales de los plásticos encontramos. Menor peso ( hasta 7 veces más livianos) No se oxidan Bajo nivel de ruido Absorben vibraciones Fácil mecanizado Más económicos Resistentes a la corrosión Auto lubricados
METODOS DE OBTENCION 1) Compresión y Moldeo . Para la obtención de Laminas-semiacabadas.
2) Inyección. Se utiliza para grandes series de piezas o geometrías complejas
3) Extrusión. Moldear productos de manera continua.
4) A partir de mecanizados dando la forma requerido.
Se les llama semicristalinos porque un plástico nunca logra uniformar todas sus cadenas moleculares en forma cristalina, siempre van a quedar intercaladas zonas amorfas, estas zonas son las que permiten que el material tenga una relativa resistencia al impacto porque permiten una deformación con mucho mas facilidad que las zonas cristalinas. Tienen cadenas largas de tipo lineal, orientadas. La orientación es la q permite que el material pueda soportar esfuerzos en algún sentido Cristalinos – Amorfos
ADITIVOS Se usan para conseguir una propiedad determinada Estabilizadores. Protegen de la intemperie. Plastificantes. Producen polímeros mas flexibles. Antioxidantes. Protegen de degradaciones causadas por el Oxigeno o por el Ozono. Lubricantes reducen la fricción Se tienen también sustancias ignifugas y antiestáticas
CLASIFICACION
PLASTICOS DE INGENIERIA
Polietileno de Peso molecular ultra Alto (UHMWPE) – cristalino Buen desempeño a bajas temperaturas y sus resistencias química y mecánica son superiores. No absorbe humedad y es totalmente atóxico Su aspecto ceroso proporciona excelente lubricidad (autolubricado) Excelente resistencia al impacto y al desgaste por abrasión Tiene tan alto peso molecular. La maquinaria convencional como las extrusoras e inyectoras, no pueden procesarlo, y el polvo blanco que se obtiene de los reactores se procesa por compresión o por un proceso especial llamado extrusión RAM.
usos industria alimentaria ( debido a que no absorbe humedad ) fabrica piezas maquinadas como engranes, husillos de transporte, juntas, y todo tipo de piezas mecánicas que necesiten excelente resistencia al desgaste por abrasión prótesis (como las de rodilla o cadera)
Vidrio Acrílico (PMMA) – amorfo Buenas características mecánicas y se puede pulir con facilidad Se emplean como sustitutivo del vidrio para construir vitrinas, dada su resistencia a los golpes, cristales de seguridad, gafas protectoras. Paneles luminosos, letreros Son termoplásticos (capaces de ablandarse o derretirse con el calor y volverse a endurecer con el frío), impermeables al agua, y tienen densidades bajas
Poliamida PA (Nylon) – cristalino Tiene una resistencia a la tracción, es duro y resiste tanto al rozamiento y al desgaste como a los agentes químicos. puede presentarse de diferentes formas aunque los dos más conocidos son la rígida y la fibra Rígida se utiliza para fabricar piezas de transmisión de movimientos tales como ruedas de todo tipo Fibra (nylon), debido a su capacidad para formar hilos, se utiliza en la industria textil y en la cordelería para fabricar cuerdas, tejidos y otros elementos flexibles.
Policarbonato (PC) – amorfo Es un grupo de termoplásticos fácil de trabajar, moldear y termoformar se trata de polímeros que presentan grupos funcionales unidos por grupos carbonato en una larga cadena molecular una densidad de 1.20 g/cm3 un rango de uso desde -100 ºC a 135 ºC un índice de transmisión lumínica del 90% ± 1% una característica de incombustibilidad (punto de fusión cercano a 250 ºC)
USOS Óptica: usado para crear lentes para todo tipo de gafas. Electrónica: se utilizan como materia prima para cd´s, dvd´s y componentes. Seguridad: cristales antibalas y escudos anti-disturbios de la policía. Diseño y arquitectura: cubrimiento de espacios y aplicaciones de diseño.
Acetal (POM) Polioxido de metileno – cristalino Es el material mas cristalino que se maquina en la industria, su densidad va de 1.4 a 1.44 g/ cm3. Tiene alta resistencia al impacto y rigidez y tenacidad sobresalientes. Cuentan con una excelente resistencia a altas y bajas temperaturas Presentan resistencia a detergentes, aceites minerales y gasolinas. El POM presenta problemas al ser expuesto a ácidos fuertes. El acetal copolimero es el de mayor uso en la industria automotriz. Con este se producen, válvulas de control de calor y rejillas para bocinas
Tereftalato de polietileno PET – cristalino Pertenece al grupo de materiales sintéticos denominados poliésteres. Es un polímero termoplástico lineal, con un alto grado de cristalinidad Este material debe ser rápidamente enfriado, con esto se logra una mayor transparencia Alta transparencia, aunque admite cargas de colorantes Alta resistencia al desgaste y corrosión
Muy buen coeficiente de deslizamiento Buena resistencia química y térmica Muy buena barrera a CO2, aceptable barrera a O2 y humedad. Aprobado para su uso en productos que deban estar en contacto con productos alimentarios Usado en la producción de fibras textiles y en la producción de una gran diversidad de envases, especialmente en la producción de botellas, bandejas, flejes y láminas
Polióxido de fenileno PPO – amorfo Es un termoplástico semicristalino, todas las calidades comerciales disponibles están mezcladas con poliestireno (de alto impacto) para mejorar la transformabilidad mediante fusión Una gran variedad de proporciones junto con la utilización de otros modificadores resultan en una amplia gama de calidades con propiedades diferentes creadas según las necesidades de los utilizadores. Sus características de fatiga son débiles y su resistencia a los solventes es mala a pesar de una buena resistencia a la hidrólisis. Componentes de televisores y eléctricos, piezas de automóviles (especialmente guardabarros) y espumas estructurales.
PLASTICOS DE INGENIERIA AVANZADOS
Radel® PPSU – amorfo Es una polifenilsulfona (PPSU) de color negro. Tiene una alta resistencia mecánica, al vapor y la mejor resistencia al impacto a temperaturas hasta de 205 °C. Ofrece superior resistencia a la hidrólisis es ampliamente usado como auto clave a vapor para esterilizar dispositivos médicos. Es resistente a los ácidos y bases comunes a un amplio rango de temperaturas. Resistencia al impacto. Alto módulo de elasticidad Resistencia al calor.
usos Esterilización de dispositivos médicos en auto claves Asas o mangos de instrumental dental o quirúrgico Componentes para la Industria electrónica Componentes para la Industria Alimenticia
Ultem® PEI – amorfo Una polieterimida (PEI) de color ámbar traslúcido Alta resistencia mecánica y desempeño en uso continuo a temperatura de 170 °C. Alta resistencia dieléctrica. Flamabilidad en un rango UL94-V- 0 con poca producción de humo. También disponible en grado cargado con fibra de vidrio Es resistente a la hidrólisis y altamente resistente a las soluciones ácidas y capaz de resistir ciclos repetidos en auto claves.
usos ideal para aplicaciones de altos esfuerzos, calor y también cuando se requieren buenas propiedades dieléctricas en un amplio rango de frecuencia. Dispositivos químicos Instrumentación analítica Aisladores eléctricos Dispositivos estructurales de examinación Sujetadores Brazos posicionadores
TEFLON o PTFE – cristalino Es un polímero similar al polietileno, donde los átomos de hidrógeno están sustituidos por flúor. Tiene el coeficiente de rozamiento más bajo conocido. es prácticamente inerte, no reacciona con otras sustancias químicas excepto en situaciones muy especiales, toxicidad casi nula es muy impermeable un gran aislante eléctrico y sumamente flexible, no se altera por la acción de la luz y es capaz de soportar temperaturas desde -270ºC hasta 300 ºC Su cualidad más conocida es la antiadherencia
usos En revestimientos de aviones, cohetes y naves espaciales debido a las grandes diferencias de temperatura que es capaz de soportar. En la industria se emplea en elementos articulados, ya que su capacidad antifricción permite eliminar el uso de lubricantes como el Krytox. En medicina, aprovechando que no reacciona con sustancias o tejidos y es flexible y antiadherente se utiliza para prótesis, creación de tejidos artificiales y vasos sanguíneos… En electrónica, como revestimiento de cables o dieléctrico de condensadores por su gran capacidad aislante y resistencia a la temperatura. En estructuras y elementos sometidos a ambientes corrosivos
TECHTRON PPS Alta temperatura máxima de servicio en aire (220°C en continuo, hasta los 260°C para periodos cortos de exposición) Excelente resistencia mecánica, a la fluencia y rigidez, incluso a altas temperaturas Excelente resistencia química y a la hidrólisis Excelente comportamiento al desgaste y al rozamiento Muy buena estabilidad dimensional Excelente resistencia a las radiaciones de alta energía (rayos gamma y X) Muy buena resistencia a los rayos ultravioletas Resistencia intrínseca a la llama Buenas propiedades dieléctricas y como aislante
Polietreterquetono (PEEK) Rango de temperatura de trabajo -60 ºC y 250 ºC Muy alta resistencia mecánica, rigidez y dureza Resistencia sobresaliente a la corrosión química y a la hidrólisis. Muy buena resistencia al desgaste Buena resistencia a la fluencia, incluso a temperaturas elevadas. Alto limite de fatiga, alta tenacidad Muy buena estabilidad dimensional Resistencia intrínseca a la llama Muy bajo nivel de humo durante la combustión Buenas propiedades dieléctricas y de aislamiento eléctrico Resistencia excepcional a los rayos de alta energía
Usos es empleado en los sectores de alta tecnología como los de la industria aeroespacial, química, eléctrica y alimenticia. – Procesos químicos. – Cojinetes y jaulas de cojinetes. – Levas y juntas. – Anillos roscadores y de fricción para pistones. – Componentes de válvulas y bombas. – Tecnología nuclear.
Torlon® PAI es una poliamidaimida (PAI) de color Negro / Amarillo Ocre Rigidez y resistencia mecánica a temperaturas extremas. Se ofrece en diferentes versiones, de acuerdo a la necesidad específica. Las piezas maquinadas de Torlon® PAI proveen más resistencia a la compresión y más resistencia al impacto que la mayoría de los plásticos avanzados de ingeniería. Las presentaciones de Torlon® PAI moldeadas por compresión ofrecen a los diseñadores la más grande economía y flexibilidad.
Usos Aplicaciones Típicas: Nidos para Chips y conectores Sellos laberínticos Conectores eléctricos de alta temperatura Jaulas para cojinetes Mandril para latas
Celazole® PBI es un polibenzimidazole (PBI) de color Negro tiene las mejores propiedades mecánicas de cualquier plástico arriba de 207 °C. Tiene la temperatura más alta de deflexión al calor (427 °C), con una capacidad de servicio continuo de (399 °C) en ambientes inertes o (343 °C) en aire y de (538 °C) en periodos cortos de tiempo. Tiene el coeficiente más bajo de expansión térmica y la resistencia más alta a la compresión de todos los plásticos reforzados. Excelente resistencia química. Muy baja absorción de humedad. Resistencia intrínseca a la flama. Buenas propiedades dieléctricas.
Tipos de ensayos de caracterización El comportamiento mecánico: Para conocer el comportamiento mecánico de los materiales se realizan habitualmente ensayos de tracción, compresión o flexión, donde se evalúa la resistencia del plástico a ser deformado y la magnitud de esa deformación en el punto donde se rompe el material y en el punto donde cambia su comportamiento, pasando de un comportamiento elástico a plástico. También obtenemos información de su módulo de elasticidad, el cual indica si el material es rígido o flexible.
Mediante ensayos de impacto: se determina la cantidad de energía que es capaz de absorber el material cuando recibe un golpe. Caracterización térmica: Las técnicas de termoanálisis proporcionan gran cantidad de información sobre la estructura y composición del plástico. Mediante termogravimetría (TG) se puede conocer si el material es puro o contiene cargas u otras materias inorgánicas. La determinación del índice de fluidez proporciona información sobre el peso molecular del polímero y su fluidez en estado fundido; la temperatura de reblandecimiento del material nos da una idea sobre el intervalo de temperatura de uso.
Envejecimiento acelerado: Estos ensayos sirven de gran ayuda para conocer la potencial duración y/o comportamiento de una pieza o producto acabado, cuando están sometidos a un ambiente o condiciones determinadas. Composición cualitativa y cuantitativa de las formulaciones: permite identificar los diversos aditivos que contienen los plásticos, como colorantes, plastificantes, estabilizantes, perfumes, y otros. Además, mediante espectroscopía IR y HPLC se identifica la estructura y componentes del material plástico pudiendo conocer si se trata de una mezcla de plásticos.
Prueba de tensión ASTM D 638: Es la mas importante relación con la resistencia de un material. Fuerza necesario para estirar un material hasta romperlo : Elongación. Produce curvas esfuerzo-deformación.
Densidad: Se utiliza una balanza hidrostática en que la muestra, después de pesarla en el aire (masa m), se pesa suspendida (masa m) dentro de un líquido de ensayo (agua destilada, o metanol para goma, PE y PP) cuya densidad (F) viene dada por un aerómetro y la densidad se calcula según la fórmula = (m x F)/(m-m), con resultado en g/cm o bien kg/m si se trata de espumas. Ensayo de compresión: Método para determinar el comportamiento de materiales bajo cargas aplastantes. El esfuerzo y la deformación de compresión se calculan y se trazan como un diagrama carga-deformación, utilizado para determinar el límite elástico, el límite proporcional, el punto de fluencia, el Esfuerzo de fluencia y, en algunos materiales, la resistencia a la compresión.
Ensayo de Impacto ASTM D256: Mide el trabajo requerido para crear nuevas superficies. Habilidad del material para absorber energía (J/pulgada). Ensayo de impacto mide la relación de las cargas dinámicas con: Energía de formación de fractura Energía de propagación de fractura Ensayo de resistencia al impacto: Se suelen utilizar tres tipos de probetas. Se utilizan aparatos de tipo de péndulo con un martillo que desarrolle entre el 80% y el 10% de su capacidad de trabajo. Se utilizan con entallas en U, W o perforadas para el ensayo con entalla Se utilizan aparatos de tipo de péndulo con un martillo que desarrolle entre el 80% y el 10% de su capacidad de trabajo.
Ensayo de flexión-impacto: En el impacto Izod se sujeta la probe-ta entallada por un solo extremo con una mor-daza fija y otra móvil, en posición lateral. El cálculo de resistencia al impacto se realiza a partir del diferencial de los trabajos de choque que se lee en el mismo aparato. Ensayos propiedades Mecánicas
Ensayo de tracción-impacto: La probeta puede o no tener entalla y se somete a una fuerza repartida por toda la sección, hasta la rotura. Este ensayo se suele utilizar cuando no ha habido rotura en el ensayo Charpy. La probeta se fija por un extremo y se sujeta por otro a un yugo móvil que es el que recibe, por ambos lados de la probeta, el golpe del martillo que tiene la parte inferior hendida convenien-temente, de modo que la probeta sufre siempre un golpe a tracción. Ensayos propiedades Mecánicas
Ensayo de Dureza ASTM D 2240: Durómetro : plásticos suaves, elastómeros o cauchos Dureza Rockwell : plásticos duros y reforzado Ensayo de dureza a la presión de la bola- Se efectúa mediante un durómetro con una bola en la punta que, tras apoyarla libremente sobre la muestra, al aplicar una fuerza determinada, penetra en una profundidad que registra el aparato para dar la medida de dureza. Si la muestra tiene 4 mm o menos de espesor, debe registrarse para tener en cuenta el posible efecto de la base de apoyo.
Ensayos propiedades Mecánicas
Ensayo de flexión: Método para medir el comportamiento de los materiales sometidos a la carga de la viga simple. El esfuerzo máximo de la fibra y la deformación máxima se calculan en incrementos de carga. Los resultados se trazan en un Diagrama carga-deformación y el esfuerzo máximo de la fibra es la resistencia a la flexión.
Ensayos propiedades Mecánicas
Medición de propiedades térmicas Resistencia a deformación por calor: Se sitúa la probeta en vertical anclada por la parte inferior y en la superior se sujeta un brazo de l=240 mm y se mide la temperatura a cada 6 mm de descenso de la punta del brazo. Determinación de la temperatura de deformación por calor: el ensayo se monta situando la probeta de canto en un baño (de aceite de silicona) a 100 mm de distancia entre apoyos y se aplica la fuerza en el centro de la probeta mediante un peso. La temperatura de deformación se mide al alcanzar una flecha específica correspondiente a la altura de la probeta. Temperatura de ablandamiento VICAT ASTM D 1525: Con la probeta sumergida en un líquido de acondicionamiento térmico, el ensayo se realiza mediante la presión de un punzón cilíndrico de acero, cargado con un peso constante, cuya punta tiene una superficie de apoyo de 1 mm y se inicia a unos 50 K por debajo del Vicat esperado, incrementando luego la temperatura a razón de 50 K/hora o 120 K/hora, hasta que el punzón penetra hasta 10,1 mm.
Intervalos de temperatura de uso: Son las temperaturas máxima en que una pieza de un plástico no rebasa la deformación o tensión admisibles como consecuencia de la pérdida de módulo elástico, y mínima en que no se produce una fragilización importante. Como dependen también del nivel de solicitación, estos datos tienen una validez relativa. Ensayo de conductividad térmica: Se efectúa situando en sandwich dos probetas entre tres planchas metálicas de Poensgen, la central calefactora y las externas refrigerantes, situando el conjunto en un aislante térmico. Las temperaturas superficiales se miden con termoelementos, con diferenciales entre la cara caliente y fría de la probeta de 10 K y la conductividad se mide en relación con el flujo térmico.
Medición del coeficiente de dilatación lineal: Debe tenerse en cuen-ta, al utilizar el dilatómetro para metales que, debido a la contrac-ción posterior y a la absorción de humedad, los plásticos dan errores mayores. Puede efectuarse el ensayo por aumento constante de la temperatura (1 K/min), o bien por medición entre dos puntos a dos temperaturas y se determina el coeficiente durante el calentamien-to y enfriamiento posterior, sin que en el intervalo de temperaturas elegido puedan ocurrir cambios de estado (puntos de transición térmica). Ensayos de combustibilidad: se usa 5 probetas de 127 mm suspendi-das verticalmente sobre un mechero en una vitrina sin tiro de aire. La distancia de la boca de la llama, de 19 mm de longitud, al extre-mo inferior de la probeta es de 9,5 mm y se somete al fuego 2 veces durante 10 seg. La clasificación depende de los tiempos en que continúa encendida la probeta (si arde), de si se quema por completo o de si se funde y gotea.
Ensayos eléctricos Rigidez dieléctrica: Al aumentar la diferencia de potencial entre dos electrodos separados por un material aislante se produce una perforación en éste y, a veces, una descarga a través del aire en su superficie. Este voltaje de perforación o disruptivo, dividido por el espesor del material define la rigidez dieléctrica, que no es la misma para todos los espesores. Resistencia superficial específica: Al colocar dos electrodos sobre una placa de plástico, la corriente circula por la superficie de la misma y también por el interior. Esta resistencia aumenta cuando disminuye el espesor de la probeta, el ancho de los electrodos y el voltaje aplicado. Influyen además la humedad de la probeta y del aire, así como la contaminación o suciedad superficial del plástico. Los electrodos suelen ser dos cuchillas metálicas elásticas o trazos adherentes de plata.
Resistencia transversal específica: el electrodo es un disco con anillo de protección de toma de tierra y el contraelectrodo una placa con pies aislantes, situándose entrambos una probeta con una presión de 0,2 N/cm. La resistencia transversal se calcula por la resistencia medida, multiplicada por la superficie y dividida por el espesor de la probeta. Formación de caminos de fuga: se ensaya con una disposición en la que sobre la probeta contactan dos electrodos en forma de cuchilla inclinados a 30 y separados por 40,1 mm. En la franja entre ambos se dejan caer gotas de una solución de NH4Cl al 0,1% o con otros aditivos a intervalos de 30 s. En la determinación de índice comparativo (CTI) se halla el voltaje máximo después de 50 gotas sin formar camino de fuga con erosión superficial.
Ensayos eléctricos
Constante dieléctrica y factor de pérdida: La constante es el cociente de la capacidad de un condensador con aislante del material a medir con la del mismo con los electrodos separados por vacío y representa el grado de polarización del aislante. El factor de pérdida tan de un aislante es la tangente del ángulo de pérdida, equivalente a un desfase /2 entre intensidad y voltaje en el condensador. El instrumento de medida es un puente Schering de alta tensión (50 Hz) o puente de baja tensión con o sin derivación de Wagner (50 Hz, 1 kHz, 1 MHz). Ensayos de fricción y desgaste: Para obtener estas características deben relacionarse los pares de materiales entre los que se produce la fricción, teniendo en cuenta la temperatura, calidad y presión superficiales y velocidad de deslizamiento. Los ensayos se efectúan con discos abrasivos Böhme o con volantes de fricción.
Ensayos eléctricos y Fricción