Plasticos: Rellenos, propiedades antifricción y desgaste

La ciencia de los materiales ofrecen nuevas oportunidades en la tecnología del dosificado

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1. Resumen

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Debido a los altos requisitos de los componentes sometidos a tensiones eléctricas, mecánicas o térmicas en diversas industrias, la combinación de diversas propiedades en un mismo material plástico es vital. Logrado mediante la adición de rellenos multifuncionales, el procedimiento correspondiente se identifica como aplicaciones aditivas. La alta proporción de cargas y la correspondiente abrasividad de estos aditivos plantean enormes exigencias a la tecnología del dosificado de procesamiento. En este contexto, el siguiente libro blanco describe la necesidad de aditivos, así como el impacto del proceso en el dosificado de polímeros altamente llenos.

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2. Introducción

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Ciertamente, hay muchos enfoques a seguir para describir el complejo campo de los plásticos, al igual que hay muchas variedades de materiales.

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Sin embargo, si echamos la vista atrás en los últimos años, podemos ver que apenas han salido al mercado nuevos plásticos. Esto puede sonar desconcertante dado el enorme crecimiento en casi todas las áreas de la tecnología de los plásticos. Simplemente aceptamos esta afirmación y admitimos que la dificultad radica en mejorar los plásticos ya establecidos. Pero, ¿es este realmente el caso? Y si es así, ¿qué polímeros se agregarán a qué aditivos?

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Un enfoque básico sería observar la ciencia de los materiales y sus términos y definiciones. "Staudinger" definió el término "macromolécula", que finalmente conduce a la definición de un polímero. Pero un polímero no es un plástico. La estructura macromolecular de un polímero determina principalmente las propiedades físicas y, en particular, químicas del material. Este hecho limita las áreas de aplicación para cada grupo de material polimérico.

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3. Necesidad de aditivos

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Se han planteado dos preguntas con respecto a la limitación: ¿Podría ser posible establecer muchos grupos materiales? ¿Y qué posibilidades hay para ampliar las áreas de aplicación dentro de un grupo de materiales? La respuesta a ambas preguntas es: aditivos.

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La proporción de plásticos funcionales que se utilizan en los componentes está aumentando. No es relevante si se trata de termoplásticos, termoestables o elastómeros. Para producir productos con propiedades específicas, es necesario modificar los materiales utilizados, por ejemplo, mejorando la conductividad térmica o eléctrica, la protección UV o la resistencia al impacto. Las opciones de modificación son diversas y poco sencillas. Al final, el objetivo es optimizar los polímeros mediante la combinación correcta de aditivos y cargas en asociación con la tecnología de producción utilizada.

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4. Aditivos y cargas

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Los plásticos son materiales compuestos que, junto con el propio polímero, contienen diferentes aditivos. Básicamente, se dan dos criterios en la selección de aditivos. El primero de ellos son los medios de procesamiento. Estos aditivos son principalmente necesarios para facilitar el procesamiento en el proceso de producción. Este grupo incluye, por ejemplo, agentes separadores internos y externos, agentes nucleantes o mejoradores de flujo.

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El segundo criterio es el grupo de aditivos que mejoran la propiedad del plástico y, por lo tanto, la calidad del componente terminado. Dichos aditivos incluyen concentrados de pigmentos, absorbentes de rayos UV, mejoradores de resistencia al impacto o estabilizadores a largo plazo (antioxidantes), por nombrar solo algunos.

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Esta distinción en los medios de procesamiento y mejora de las propiedades solo describe la influencia de las características de propiedad del material. Por lo tanto, vamos más allá y diferenciamos entre aditivos inorgánicos y de base orgánica. De esta forma podemos diferenciar y ordenar muy bien los aditivos utilizados. Ahora vamos aún más lejos y desglosamos y diferenciamos entre aditivos y rellenos. Los rellenos son, en primera instancia, materiales cuya función está dirigida a reducir las proporciones de polímeros. Los aditivos, sin embargo, provocan un cambio específico en las propiedades del polímero. En última instancia, los aditivos bifuncionales amplían el cambio de propiedades de los polímeros a través de múltiples funciones.

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Los aditivos suelen estar disponibles en pequeñas cantidades. Las mejoras resultantes en las propiedades son significativas en comparación. Por lo tanto, el contenido de aditivos de los plásticos debe definirse y observarse con mucha precisión. Además, las influencias correlativas en las proporciones fluctuantes de aditivos de varios aditivos pueden afectar las características deseadas de la propiedad.

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5. Procesamiento y fabricación

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Los aditivos deseados influyen tanto en los parámetros de producción como en las características técnicas del plástico. Desafortunadamente, muchos de estos aditivos o "ingredientes" adicionales generan problemas en el proceso de fabricación. Por lo general, surgen problemas en las áreas de construcción de máquinas e instalaciones e ingeniería de procesos. Consideremos el vidrio, por ejemplo. Podemos utilizar vidrio en diversas formas y con diversas propiedades como aditivo o como relleno en polímeros. La fibra de vidrio se puede utilizar en diferentes longitudes, desde fibras microcortas hasta fibras largas o fibras tejidas. En el procesamiento de termoplásticos, la fibra de vidrio tiene un efecto considerable en la abrasión de piezas de maquinaria, moldes y herramientas. Este mismo material, en forma de microperlas de vidrio, muestra un comportamiento a la abrasión mucho menor. Por el contrario, hay un aumento extremo en la trayectoria del flujo que se debe obtener, aunque los niveles de presión correlativos disminuyen. Estas características de propiedades opuestas se basan en la morfología de la superficie y la geometría pura del cuerpo de vidrio. La fibra de vidrio de bordes afilados es altamente abrasiva y produce altos coeficientes de fricción. Estos altos coeficientes de fricción a su vez dan como resultado una alta viscosidad de la masa plástica. Esto se aplica tanto a los compuestos de encapsulado como a los termoplásticos. Las microperlas de vidrio tienen una característica de rodadura, que disminuyen los coeficientes de fricción y reducen la viscosidad.

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6. Aditivos como mejora de propiedades

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Con los factores de influencia de la morfología mencionados anteriormente, surge un aumento constante en la proporción del aditivo. El enfoque ya no está en lograr un cambio significativo en las características de las propiedades con una proporción reducida de aditivos. Más bien, los rellenos y aditivos se convierten en los transmisores de las características.

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Aquí destacamos brevemente algunos materiales. En primer lugar, hay pastas de soldadura, aleaciones metálicas a base de plomo, estaño, zinc, cobre y plata, con la adición de fundentes para sistemas de 1 y 2 componentes. Aquí se pueden agregar aditivos en más del 90%. De manera similar, se pueden encontrar aplicaciones de aditivos altos en pastas térmicas, que en su mayoría son a base de óxido y cerámica.

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7. Construcción de plantas e ingeniería de procesos

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Estos materiales per se son extremadamente abrasivos. Con la enorme proporción de relleno exigida, se esperan más altos estándares en ingeniería mecánica e ingeniería de procesos. Especialmente en el desarrollo de la resistencia a la abrasión, los materiales para la ingeniería de máquinas e instalaciones deben mejorarse y optimizarse constantemente. Como proveedor de sistemas, ViscoTec Pumpen- u. Dosiertechnik ha estado enfrentando estos desafíos tecnológicos durante varios años con su amplia gama de aplicaciones en el campo de la tecnología del dosificado. Las formulaciones e innovaciones en constante cambio en los medios, combinadas con la creciente demanda de productos químicos, requieren una investigación continua. En particular, la combinación de rotor / estator está en el corazón del sistema. La alta exigencia de precisión, calidad y fiabilidad solo puede lograrse e implementarse en materiales hechos a medida. Para ofrecer una "solución personalizada" de este tipo, se requieren amplios escenarios de pruebas de investigación y desarrollo. ViscoTec ofrece instalaciones de prueba integrales con respecto a la resistencia química y a la abrasión.

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Para ViscoTec, el dosificado perfecto comienza con la ciencia de los materiales. Las pruebas estáticas y dinámicas del producto de aplicación real se realizan en bancos de pruebas especialmente desarrollados internamente.

Contáctanos para asesorarte en selección de acuerdo a tus procesos.