Procesamiento de los materiales poliméricos
Los materiales poliméricos se pueden presentar en las formas de gránulos, polvos o
líquidos, los cuales, a su vez, son procesados para dar los productos terminados.
Los termoplásticos se ablandan cuando se calientan, permitiendo que puedan ser
conformados por inyección, conformado en vacío, soplado y compresión.
Los termorrígidos, como son materiales que consisten en una mezcla de dos
componentes (una resina y un endurecedor), los cuales reaccionan y producen el
endurecimiento del material, debido al entrecruzamiento de las cadenas de la resina o
“prepolímero”, durante el proceso de “curado” o polimerización del material, son
conformados y curados simultáneamente, usualmente mediante moldeo por compresión.
Las gomas son conformadas como los termorrígidos, mezclando el elastómero y un
agente vulcanizante y sometiéndolos a calor y presión en un molde.
Los polímeros pueden ser usados como recubrimientos superficiales. Para estas casos,
los termoplásticos se aplican como una solución, luego el solvente se evapora dejando
una capa protectora del polímero, en cambio los termorrígidos son aplicados como una
mezcla fluida de resina y endurecedor, la cual debe ser mezclada justo antes de usarla, y
cura casi al mismo tiempo que es aplicada.
Las fibras poliméricas se obtienen forzando el polímero fundido o una solución del mismo
a través de unas finas boquillas. Las fibras así formadas son retorcidas y entramadas.
Los polímeros también pueden presentarse como espumas (polímeros expandidos),
mezclando reactivos que liberen burbujas de CO2 dentro del polímero fundido o la resina
curándose, o bien disolviendo otro gas.
Extrusión:
Es un proceso para producir formas continuas de sección constante, como
tubos, barras, placas, cintas, etc. Los gránulos del termoplástico son alimentados dentro
de un tornillo que gira dentro de paredes calefaccionadas. El tornillo compacta y mezcla el
termoplástico hasta que, al alcanzar la zona más caliente al final del barril, se presenta en
estado pastoso y es forzado a pasar por una matriz o boquilla, con la forma de la sección
deseada, y luego es enfriado por debajo de la Tg para mantener la forma y estabilidad
dimensional (Figura 11). El diámetro del vástago del tornillo varía pero los filetes siempre
están prácticamente tocando el cilindro, y de ésta manera se logra un incremento de
presión. Los esfuerzos de corte en el orificio orientan las moléculas en la dirección de
extrusión e incrementan su resistencia. El proceso es tan rápido y económico que es muy
utilizado (el 60% de los termoplásticos son conformados con esta técnica).
Moldeado por inyección:
Con esta técnica los gránulos del termoplástico son comprimidos
y calentados en un tornillo, y cuando el termoplástico presenta la fluidez necesaria, es
introducido dentro de un molde frío bajo presión (Figura 12). El termoplástico moldeado es
enfriado por debajo de Tg, el molde luego se abre y se retira el producto (Figura 13). Las
moléculas se orientan paralelas a la dirección de flujo durante la inyección, adquiriendo el
material mayor resistencia en esa dirección, pero las propiedades son anisotrópicas. El
proceso permite un moldeo de alta precisión porque el termoplástico se enfría con
presión. Las temperaturas típicas de moldeo de termoplásticos están entre los 150ºC y
350ºC (1.3 a 1.6Tg) y las presiones por encima de los 120 MPa
Conformado por vacío
Una placa de material termoplástico (proveniente del proceso de
extrusión) es ablandada con calor y presionada contra un molde por la presión
atmosférica cuando se hace vacío entre la placa y el molde.
Conformado por soplado
Con esta técnica se hacen las botellas (Figura 15). Se calienta
un tubo de material termoplástico y luego se expande con aire comprimido para darle la
forma deseada.
Moldeado por compresión
Tanto los termoplásticos como los termorrígidos pueden ser
moldeados con esta técnica. El material termoplástico o la mezcla de la resina y
endurecedor, que generarán el material termorrígido, se calientan y comprimen entre los
moldes (Figura 17). El método también es muy apropiado para el conformado de los
compuestos de matriz termorrígida (por ejemplo, para obtener los paragolpes de los
automóviles). Como los componentes de material termorrígido pueden removerse cuando
aun están calientes, se acorta el ciclo de operación con respecto al proceso de inyección,
Figura 16: Proceso de soplado de una botella de material termoplástico
Figura 15: Obtención de botellas de material
termoplástico mediante el proceso de soplado
y además las presiones de operación son menores que para el caso de moldeo por
inyección.
Aditivos de los materiales poliméricos
Existe una variedad de materiales que se pueden añadir a un polímero para obtener
metas especiales, como resistencia a la oxidación, resistencia a la degradación térmica y
resistencia a la luz ultravioleta. Se pueden añadir tintes para cambiar el color del producto,
también se pueden añadir retardantes de flama para minimizar su flamabilidad y hacerlos
autoextinguibles. Incluso se puede añadir grafito a ciertos polímeros para hacerlos
eléctricamente conductores.
Estos aditivos son de varios tipos y en general entran en una de las categorías siguientes:
* Rellenos: Son partículas finas o fibras que se añaden a los polímeros para modificar las
propiedades mecánicas del material. En algunos casos, la función del relleno es
proporcionar cuerpo y disminuir la cantidad de polímero en el producto. Por ejemplo, con
el agregado de negro de humo a la goma, que se utiliza en la fabricación de neumáticos,
se logra incrementar tenacidad y resistencia al desgaste y disminuir costos. Otros
rellenos, como el óxido de zinc y el óxido de titanio, se usan como pigmentos para impartir
color al polímero básico. Los rellenos también pueden impartir características especiales a
un polímero, como por ejemplo incremento de la resistencia al calor o a la fricción. Por
ejemplo, la adición de polvos metálicos a las resinas fenólicas en la manufactura de las
zapatas de los frenos.
*Plastificantes: Se añaden a los termoplásticos para incrementar su flexibilidad y reducir
su fragilidad. En general son materiales que se pueden clasificar como líquidos de pesos
moleculares altos y baja presión de vapor, para evitar que se evaporen excesivamente de
la aleación polimérica. Su efecto es incrementar la distancia entre las cadenas adyacentes
y reducir los efectos de las fuerzas intermoleculares y la tendencia a la cristalización, con
lo que se facilita la movilidad relativa de las moléculas del polímero y se obtiene una
disminución de la Tg. Los plastificantes vuelven al polímero mas flexible, pero también
producen una disminución en la resistencia. Por esta razón, el agregado de plastificantes
debe ser moderado.
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