Material plástico para altas temperaturas

La investigación y el desarrollo en los campos de la química de polímeros y la ciencia de materiales fueron importantes a mediados del siglo XX. Como resultado de esta investigación y desarrollo se crearon los plásticos y polímeros. Estos materiales tenían la capacidad de soportar temperaturas más altas. Inicialmente se crearon el sulfuro de polifenileno y el politetrafluoroetileno, que demostraron hacer frente y soportar temperaturas más altas que los plásticos tradicionales. En la década de los 70, la industria aeroespacial planteó una importante demanda y exigencia de polímeros o plásticos de alta temperatura, y los esfuerzos realizados para obtener materiales ligeros con excelentes características mecánicas y térmicas dieron lugar a la creación de polímeros como numerosos tipos de poliamidas y polieteretercetona.

En última instancia, las piezas metálicas de los motores de las aeronaves y sus componentes estructurales se sustituyeron por estos plásticos ligeros y resistentes a altas temperaturas. Los plásticos convencionales tienden a reblandecerse a altas temperaturas y empiezan a degradarse a esas elevadas temperaturas. Por el contrario, los plásticos de alta temperatura mantienen intactas sus propiedades a temperaturas elevadas y se consideran adecuados para su uso en industrias en las que existen condiciones de funcionamiento extremas. Estas propiedades incluyen la resistencia química, la estabilidad dimensional y las propiedades mecánicas que son vitales para el rendimiento de los plásticos de alta temperatura. Estos plásticos de alta temperatura, diseñados para soportar altas temperaturas en entornos extremos, también se denominan termoplásticos de ingeniería o termoplásticos de alto rendimiento.

 

Definición del material plástico para altas temperaturas

Material plástico de alta temperatura es el material especialmente diseñado para funcionar a altas temperaturas y soportar estas temperaturas elevadas. La característica básica más importante es que los plásticos de alta temperatura mantienen su integridad estructural y sus propiedades mecánicas a altas temperaturas. Estos plásticos de ingeniería de alto rendimiento mantienen su forma original y no se deforman mientras funcionan a temperaturas elevadas.

Dependiendo de la categoría de los plásticos, mantienen sus características entre los rangos de temperatura de 150°C a más de 300°C. Estos plásticos de alta temperatura encuentran su utilización en aplicaciones de alta temperatura donde los plásticos normales se degradarían y deformarían y no podrían soportar esa alta temperatura. Es pertinente mencionar que los metales soportan un gran peso y también son susceptibles a la corrosión. Teniendo esto en cuenta, los materiales plásticos de alta temperatura sustituyen a las harinas en este tipo de aplicaciones, ya que son ligeros y resistentes a la corrosión.

Polímeros de alta temperatura y plásticos de alta temperatura (Diferenciación)

La variación en la composición y la estructura diferencia a los plásticos de los polímeros. Los polímeros de alta temperatura constituyen una amplia categoría, mientras que los plásticos de alta temperatura son un subconjunto de esta categoría más amplia. Los polímeros de alta temperatura se componen de termoestables y termoplásticos. Para sintetizar estos polímeros se aplican métodos de polimerización avanzados. La mayoría de las veces se utilizan refuerzos o aditivos específicos para aumentar su rendimiento frente a las altas temperaturas.

Sin embargo, los plásticos de alta temperatura sólo están compuestos por termoplásticos. Estos plásticos están diseñados para soportar temperaturas elevadas sin deformarse. Estos plásticos ofrecen muy poca o ninguna degradación a altas temperaturas. Estos plásticos están específicamente diseñados para mantener su resistencia química, propiedades mecánicas y estabilidad dimensional a altas temperaturas.

¿Cuáles son los materiales de los plásticos de alta temperatura (características y aplicaciones)?

Los siguientes son los materiales que entran en la categoría de plásticos de alta temperatura.

1. Politetrafluoroetileno (PTFE)

Este material, también denominado PTFE, es un excelente aislante eléctrico y se utiliza mucho en aplicaciones que requieren aislamiento eléctrico. Este material también se utiliza para revestimientos antiadherentes, especialmente en utensilios de cocina y en juntas y cojinetes. Esta utilización se basa en algunas propiedades destacadas de este material, como se indica a continuación.

• Estabilidad a altas temperaturas
• Bajo coeficiente de fricción
• Buena resistencia química

2. Sulfuro de polifenileno (PPS)

Este material PPS es un termoplástico que tiene estructura semicristalina y presenta las siguientes características importantes.

• Ignifugación (inherente)
• Resistencia a altas temperaturas
• Resistencia química
• Estabilidad dimensional

Estas características hacen que este material sea adecuado para aplicaciones industriales. Este material también se utiliza en el sector eléctrico y electrónico para fabricar carcasas y conectores. Además, en la industria del automóvil, este material se utiliza para fabricar componentes bajo el capó. Ir a Moldeo por inyección de PPS para saber más sobre este material.

3. Polímero de cristal líquido (LCP)

Este material, también denominado LCP, tiene aplicaciones en los siguientes ámbitos.

• Sector de las telecomunicaciones
• Industria electrónica (fabricación de interruptores y conectores)
• Industria del automóvil (producción de componentes bajo el capó)

Este material posee las siguientes propiedades significativas que permiten su utilización en las aplicaciones mencionadas.

• Excelente resistencia química
• Alta resistencia mecánica
• Buena estabilidad dimensional
• Excelente rigidez

4. Polieteretercetona (PEEK)

Este material también es termoplástico con estructura semicristalina y también se denomina PEEK. Este material presenta las siguientes características.

• Elevada relación resistencia/peso
• Buenas propiedades mecánicas
• Excelente resistencia química
• Estabilidad a temperaturas elevadas de hasta 250°C

Teniendo en cuenta las propiedades mencionadas anteriormente del PEEK, se utiliza ampliamente en las siguientes aplicaciones para la fabricación de componentes que exigen resistencia a condiciones ambientales extremas y una buena resistencia mecánica. Ir a moldeo por inyección de plásticos peek para saber más.

• Industria de semiconductores
• Sector del automóvil
• Industria aeroespacial
• Sector médico

5. Polieterimida (PEI)

Este material, también denominado PEI, presenta las siguientes propiedades importantes.

• Resistencia a las llamas
• Buena resistencia mecánica
• Alta resistencia térmica
• Excelente estabilidad dimensional
• Buenas propiedades eléctricas

Las principales aplicaciones de este material abarcan los siguientes sectores.

• Sector médico (fabricación de instrumental quirúrgico esterilizable)
• Industria del automóvil
• Industria electrónica
• Sector aeroespacial

6. Poliimidas (PI)

El material Ployimides, también denominado PI, presenta las siguientes características.

• Buenas propiedades mecánicas
• Excelente estabilidad térmica hasta 400°C
• Buena resistencia química
• Baja dilatación térmica

Este material se utiliza ampliamente en la industria electrónica, el sector aeroespacial y la industria del automóvil para las siguientes aplicaciones.

• Aislamiento eléctrico
• Escudos térmicos
• Piezas y recambios de motor
• Circuitos impresos

7.  Fluoropolímeros (FPE)

Los materiales plásticos de alta temperatura que entran en esta categoría más amplia son los siguientes.

• Etileno-propileno fluorado
• Politetrafluoroetileno
• Perfluoroalcoxi

Estos polímeros suelen presentar ciertas cualidades que se describen a continuación.

• Estabilidad a temperaturas elevadas
• Excelente resistencia química (contra ácidos, bases y muchos disolventes)
• Bajo coeficiente de fricción

Estos materiales se utilizan principalmente en las siguientes aplicaciones.

• Recubrimientos de alambre
• Procesado de semiconductores
• Tubos
• Sellos
• Revestimientos
• Equipos de procesamiento químico

  8.Polifenilsulfona (PPSU)

El PPSU es una pieza de plástico termoplástico de ingeniería de alta temperatura que se descubrió en la década de 1960. Su densidad es de 1,24 g/cm2, la absorción de agua es de 0,22%, el índice de contracción es de 1,007 (0,7%), la temperatura de fusión es de 190 °C, la temperatura de distorsión por calor es de 1,82 MPa a 174 °C, y la temperatura de uso a largo plazo oscila entre -100 °C y +150 °C. Se trata de uno de los materiales plásticos de mayor calidad.

Proceso sencillo de moldeo de material plástico PPSU

Presecado: El PPSU necesita ser presecado antes de ser procesado para eliminar la humedad del material y prevenir reacciones de hidrólisis a altas temperaturas. La temperatura de secado es de 90℃-110℃, al menos 3-4 horas de tiempo de secado.

Precalentamiento: El PPSU debe precalentarse antes del moldeo por inyección para mejorar la fluidez del material. La temperatura de precalentamiento suele oscilar entre 80 y 120 °C.

Inyección: inyectar PPSU en el molde. La presión y la velocidad de inyección deben determinarse en función del tipo y el grosor de la pared del molde de inyección.

Enfriamiento: Esto es más o menos lo mismo que otras piezas de moldeo por inyección, pero el PPSU necesita una temperatura de moldeo más alta que el material ABS o PC, por lo que normalmente el tiempo de enfriamiento será un poco más largo, pero esto depende del espesor de la pared de la pieza de moldeo.

Expulsión: Una vez que el Moldeo por inyección de PPSU Las piezas se han enfriado completamente en la cavidad del molde, éste se abre y el sistema eyector expulsa la pieza moldeada fuera del molde.

Post-procesado: algunas piezas pueden necesitar algún post-fabricado, como mecanizado, torneado CNC, limpieza, etc., dependiendo de los requisitos del cliente.

Aplicación de piezas de moldeo PPUS,

El PPUS es muy caro y se utiliza normalmente en electrodomésticos, electrónica, industrias médicas, biberones, instrumentos y departamentos aeroespaciales para piezas resistentes al calor, a la corrosión, de alta resistencia y piezas aislantes, películas industriales, etc.

A continuación se presentan algunos de los materiales de alta temperatura para su referencia, si necesita piezas de moldeo de plástico de alta temperatura, le invitamos a contactar con nosotros.

Característica	Pruebas ASTM	PTFE	PFA	FEP	ETFE	PCTFE	PVDF	PEEK	PPSU	PPS
Punto de fusión	(Tem:C aproximada)	327	308	270	260	211	175	343	250	278
Temperatura máxima de uso continuo	(20000 horas，Valor teórico:℃	260	260	200	150	120	150	260	180	240
Conductividad térmica	C177(( W/cm-k).℃/cm)	0.25	0.25	0.25	0.24	0.21	0.13	0.66	0.45	0.5
Dureza (shore)	Durómetro Shore D	D50-D65	D60	D55	D70-D75	D80	D75-D85	D85	D85-95	D87-95
Resistencia a la tracción (Mpa)	D638	25-40	28-35	20-25	40-50	32-40	40-58	98 – 100	94-100	>150
Resistencia a la compresión (Mpa)	D695/1% Distorsión，25°C	5-6	5-6	5-6	11	9-12	13-14	25-35	95	27-134
Alargamiento (%)	D638	250-450	300-400	270-330	400-450	90-250	300-450	40-50	60-120	200
Resistencia al impacto (J/m)	D256	160-170	no se rompe	no se rompe	no se rompe	135-145	1105	40-50	690	800
Proporción	D792	2.13-2.22	2.12-2.27	2.12-2.27	1.70-1.86	2.10-2.14	1.76-1.78	1.26 – 1.32	1.32-1.5	1.32-1.5
Índice de contracción	(Valor teórico)	2%-5%	4%	3%-6%	3%-4%	1.5%-2%	1.40%	0.50%	0.50%	0.50%
Constante dieléctrica	D150/106HZ	2.1	2.1	2.1	2.6	2.4	6.43	3.2	3.94	3.5
Resistencia a la ruptura eléctrica (MV/V)	D149/tiempo de disparo，3,2mm	19	20	20-24	16	20-24	10	25	6.3	17
Resistencia a la intemperie		excelente	excelente	excelente	excelente	excelente	excelente	excelente	excelente	excelente
Resistencia a los productos químicos		excelente	excelente	excelente	excelente	excelente	excelente	excelente	excelente	excelente
Ignífugo, retardante de llama (%)	Concentración límite del índice de oxígeno	>95	>95	>95	>31	>95	>43	>95	>95	>95

¿Cuáles son los métodos de procesamiento de plásticos de alta temperatura?

Para procesar plásticos de alta temperatura se utilizan técnicas especiales. Además, durante el procesado se garantiza que las características de los plásticos de alta temperatura, incluidas la resistencia mecánica y la resistencia al calor, permanezcan intactas durante toda la operación de fabricación.

Los métodos de transformación más comunes y utilizados para los plásticos de alta temperatura son los siguientes.

1. Moldeo por compresión

En este proceso se prepara una cavidad de molde abierta. A continuación, se calienta la cavidad del molde y se coloca en su interior una cantidad calculada de plástico. Después se cierra el molde y se aplica la presión adecuada al material. La aplicación de esta presión comprime el material y éste se transforma en la forma requerida. Las piezas de gran tamaño y geometría compleja se moldean con este método. Estas piezas son difíciles de moldear mediante otros procesos de moldeo. Los materiales que se procesan mediante el método de moldeo por compresión incluyen polieteretercetona, poliimidas y plásticos termoestables de alta temperatura. Es necesario controlar los siguientes parámetros para obtener un producto final uniforme y sin defectos.

• Temperatura
• Presión
• Tiempo de moldeo

2. Moldeo por inyección

En este método de procesamiento, primero se prepara una cavidad de molde con la forma deseada. A continuación, el material plástico fundido se inyecta en la cavidad del molde. Esta inyección se realiza a alta temperatura y presión. Los plásticos de alta temperatura se procesan normalmente mediante moldeo por inyección. Este método de procesamiento es viable para artículos de gran volumen y formas intrincadas. Los materiales que se procesan mediante moldeo por inyección son fluoropolímeros, sulfuro de polifenileno, polieteretercetona y polieterimida. Los parámetros que deben controlarse para evitar el alabeo y conseguir estabilidad dimensional son los siguientes:

• Tasas de enfriamiento
• Temperatura
• Resistencia del material del molde a los entornos corrosivos
• Resistencia del material del molde a las altas temperaturas

3. Extrusión

Este método utiliza el proceso de extrusión para fabricar el producto o artículo deseado. En esta técnica de procesamiento se utiliza una matriz permanente con la forma deseada. El material plástico fundido se introduce en la matriz mediante una fuerza de compresión. Como resultado, se obtiene un producto de sección transversal uniforme con un perfil continuo. Para evitar la degradación térmica, es fundamental controlar la temperatura de extrusión.

En el procesamiento por extrusión de plásticos a alta temperatura, la calidad del producto extruido y la fluidez del material varían de un material a otro. Por ello, la geometría de la matriz y el diseño de los tornillos se ajustan para conseguir la calidad deseada. Los plásticos de alta temperatura más comunes que suelen procesarse mediante el método de extrusión son los compuestos termoplásticos, los fluoropolímeros, el sulfuro de polifenileno y la polieteretercetona. Los siguientes productos se fabrican habitualmente mediante este método de procesamiento.

• Tubos
• Hojas
• Varillas
• Perfiles de plásticos de alta temperatura

4.  Mecanizado

Esta técnica de procesamiento implica la utilización de varias máquinas y herramientas para dar forma a los plásticos de alta temperatura. En este método, las máquinas más utilizadas son las máquinas CNC, las fresadoras y los tornos. Este tipo de procesamiento se aplica a los productos o artículos que tienen geometrías complicadas y son de bajo volumen. Este método exige herramientas especiales y técnicas especializadas debido a la resistencia y dureza del material. Consulte Mecanizado CNC de PEEK para saber más.

Sin embargo, esta técnica permite mecanizar todo tipo de plásticos a alta temperatura. Durante el proceso de mecanizado de plásticos de alta temperatura se genera una cantidad considerable de calor. Este calor es crucial para desestabilizar la precisión dimensional del artículo y también propagar la degradación del material. Para eliminar los efectos adversos de este calor se lleva a cabo una lubricación durante el proceso de mecanizado.

5. Fabricación aditiva

Este método de transformación es muy singular en comparación con otros métodos de transformación. En esta técnica se utilizan plásticos a alta temperatura en forma de filamentos o polvos. Este polvo se utiliza para producir las piezas capa por capa. Esto se lleva a cabo adoptando técnicas de fabricación aditiva. Principalmente existen dos técnicas de fabricación aditiva que son las siguientes.

• Modelado por deposición fundida
• Sinterizado selectivo por láser

Este proceso es viable para producir prototipos. Sin embargo, también se fabrican piezas con geometrías complejas. Este método de procesamiento ofrece un desperdicio mínimo del material. Existen numerosos plásticos de alta temperatura que son compatibles con el método de fabricación aditiva. Entre estos materiales se encuentran la polieteretercetona y la polieterimida. Este método requiere un control muy preciso de los parámetros del proceso para conseguir la precisión dimensional y las propiedades mecánicas exigidas. Además, este método de procesamiento requiere equipos especiales que puedan manipular materiales plásticos de alta temperatura.

Conclusión

La ciencia de los materiales está tocando un nuevo horizonte y mostrando avances gracias a los plásticos de alta temperatura. Estos materiales ofrecen propiedades únicas y especiales, como resistencia mecánica, estabilidad a temperaturas elevadas y resistencia a productos químicos como ácidos, bases y disolventes. Los materiales plásticos de alta temperatura han permitido la fabricación de repuestos y productos de alto rendimiento, resistentes, ligeros y duraderos. En consecuencia, todos los sectores e industrias importantes han experimentado una revolución, como la electrónica, la automoción, la medicina y la industria aeroespacial.

Los materiales plásticos convencionales no pueden soportar altas temperaturas y experimentan degradación. Sin embargo, los plásticos de alta temperatura son muy adecuados para esas aplicaciones porque tienen la destacada propiedad de hacer frente a temperaturas elevadas. Además, los plásticos de alta temperatura son resistentes a la corrosión y a las tensiones mecánicas. Estos materiales prolongan la vida útil de los productos y repuestos gracias a sus características únicas, como la resistencia a la fatiga, el mantenimiento de la estabilidad dimensional y el aislamiento eléctrico en condiciones de funcionamiento extremas.

Alta temperatura plásticos son cada día más importantes porque el sector industrial exige un alto rendimiento de los componentes y repuestos. La investigación y el desarrollo avanzados en los campos de la ciencia de los materiales y los métodos de procesamiento están demostrando que estos materiales pueden utilizarse para satisfacer requisitos más exigentes. Esto se traducirá en una mayor eficiencia, sostenibilidad y seguridad en numerosos sectores.