16 de septiembre de 2013

Desarrollos en Tecnologias Avanzadas de Procesamiento de Polimeros

Introducción
El desarrollo de nuevos materiales poliméricos para las industrias aeroespacial, automotriz y de alta tecnología requiere el establecimiento de tecnologías avanzadas de procesamiento de polímeros con el fin de ser capaz de fabricar piezas con bajo peso, alta resistencia, alta precisión, alta eficiencia y bajo costo. Hay problemas claves que deben resolverse con urgencia en la investigación y desarrollo de tecnologías de procesamiento avanzado de polímeros . Muchos de estos problemas están relacionados con la manipulación y el procesamiento de estos únicos materiales que se están desarrollando actualmente para las aplicaciones emergentes novedosas. Los materiales únicos pueden ser una combinación de polímeros existentes o pueden ser materiales recientemente desarrollados.

 En este artículo discutiremos algunos avances recientes en las tecnologías de procesamiento de polímeros y donde estas tecnologías pueden ser utilizadas. Como tal, el artículo no tiene la intención de explorar todas las nuevas tecnologías de procesamiento de polímeros, sino simplemente proporcionar varios ejemplos de los recientes desarrollos en el área. El artículo se divide en varias secciones dependiendo del tipo principal de material polimérico en la que se centra la avanzada tecnología de procesamiento.

(A) Resinas de Consumo Masivo
El uso de tecnologías avanzadas de procesamiento para resinas de consumo masivo es un ejemplo de la combinación de polímeros existentes. El primer tema que se discutirá en esta sección es la unión de polímeros de gran consumo diferentes utilizando diferentes enfoques. Esta zona tiene cada vez más importancia porque a menudo es necesario disponer de diferentes polímeros en un producto final para utilizar las características deseables de cada uno de ellos. Sin embargo, conseguir que dos polímeros diferentes que se adhieran el uno al otro no es una tarea fácil . 

Las tecnologías que se describen son importantes para los esfuerzos de desarrollo de productos en industrias tales como campos de automoción, medicina y electrónica. Debido a esta diversidad de campos, las tecnologías de unión de plásticos tienen que adaptarse para satisfacer los requerimientos específicos de cada aplicación.
Entre los tipos de tecnologías de unión de plásticos que se están desarrollando actualmente son la soldadura por ultrasonidos, soldadura por vibración , soldadura por infrarrojos y soldadura por láser. Cada una de estas tecnologías de unión tiene ventajas cuando se aplica a determinados tipos de polímeros. 

Por ejemplo, la soldadura por ultrasonidos es muy adecuada para el montaje de las partes con delicados componentes electrónicos internos y se puede utilizar para soldadura de punto de termoplásticos, corte y laminación de películas y laminados termoplásticos. 

La soldadura por vibración crea sellos herméticos de alta resistencia, con la mayoría de materiales termoplásticos y se utiliza para el montaje de piezas de forma irregular . 

La soldadura por infrarrojos que usa calor radiante localizado de emisores de folio metálico para fundir las dos superficies de las piezas a ensamblar, es particularmente apropiada para el procesamiento a temperaturas más altas y es eficaz con resinas semicristalinas tales como polietileno y polipropileno . 

Por último, la soldadura láser une materiales que no se pueden unir fácilmente por otros métodos de unión térmica. La técnica calienta toda la superficie de soldadura simultáneamente y tiene un ciclo rápido, haciéndolo muy adecuado para aplicaciones de gran volumen. Debemos anotar que a medida que se desarrollan nuevos polímeros, cada uno de estos enfoques debe ser constantemente refinado para manejar los nuevos materiales.

Ese tema general de necesitar desarrollar nuevas tecnologías de procesamiento al mismo tiempo que se están produciendo nuevos materiales también es importante para discutir acerca de la próxima tecnología avanzada de procesamiento. La tecnología de procesamiento implica la creación de películas multicapa con al menos 7 o 9 capas. Un ejemplo de una película típica simétrica de 9 capas que se está desarrollando se da en la Figura 1 .

Example of 9-layer High Barrier Film
Fig. 1 Ejemplo de película de alta barrera de 9 capas


En esa estructura , los polímeros de EVOH y PA proporcionan las características de barrera, mientras que las capas de poliolefina proporcionan rigidez, tenacidad o resistencia a la punción. Las dos capas funcionales son para funciones tales como la impresión y sellado. Los diferentes polímeros proporcionan características únicas para la película y esa es la razón por la que se requieren en la estructura de la película .
El desarrollo de estas cada vez más complejas estructuras de película han necesitado un avance simultáneo en la tecnología de procesamiento. Por ejemplo , una de las características de un cabezal de película de nueve capas es que cada cámara de fusión y cada cabezal anular tiene un sistema propio de distribución a través del cual las diversas corrientes de masa fundida se alimentan centralmente en un espacio anular conjunto, donde la formación de la masa fundida se lleva a cabo. De esta manera, se aseguran excelentes tolerancias de espesor de película en las capas individuales. Adicionalmente, debido a la introducción de cabezales controlados automáticamente, la tolerancia de espesor en estos tipos de películas es excelente .

Si se desean cientos o incluso miles de capas en la película final, se están desarrollando películas microcapa que puede servir para tal propósito. Ellas están siendo diseñados para aplicaciones tales como barrera a gases, bloqueo de UV , pantallas electrónicas, y laminados de vidrio de alta resistencia para ventanas. Diagramas esquemáticos de dos películas microcapa se muestran en la Figura 2. Las películas microcapa son productos de coextrusión plana que tienen de 30 a 1000 capas, con cada capa teniendo entre 0,02 a 5 micrones de espesor. Esas estructuras únicas se producen generalmente mediante el uso de nuevas tecnologías de bloque de alimentación . Hay dos fuentes principales de la tecnología de bloque de alimentación microcapa: (1) Cloeren, Inc., (2) las empresas que licencian la tecnología de multiplicación de  capas tales como Extrusión Dies Industries Inc.

Schematic Diagram of Two Microlayer Films
Fig: 2 Diagrama esquemático de dos películas microcapa



B) Compuestos
Recientemente, los compuestos han generado un renovado nivel de interés en industrias tales como la aeroespacial y automotriz. En muchas de las aplicaciones que están siendo consideradas para el uso de materiales compuestos, a menudo es necesario desarrollar enfoques que permitan propiedades interfaciales mejoradas. A continuación se ofrece una breve descripción de una tecnología que se está desarrollando actualmente para hacer frente a ese problema.
El uso de la energía de microondas para aumentar la velocidad de reacción ha sido explorado desde hace tiempo en diversas áreas. Dependiendo de la naturaleza de la reacción química se está investigando, puede haber una mejora  significativa de la velocidad de reacción o ver un muy poco aumento de la velocidad de reacción. A pesar del alto nivel general de interés en microondas , ha habido relativamente pocos esfuerzos reportados que implican su uso con materiales compuestos, particularmente materiales compuestos que contienen fibras de carbono. Este hecho es debido a la naturaleza conductora de fibras de carbono que pueden conducir a la sustancial formación de arco cuando se colocan en una cámara de calentamiento por microondas.

Recientemente, se han hecho avances en el diseño de equipos de procesamiento de microondas que permite la introducción de fibras de carbono sin la observación de los fenómenos de arco. Este desarrollo permite el uso de microondas para disminuir los tiempos de reacción en los materiales compuestos termoestables, así como calentar uniformemente , formas complejas gruesas de todos los tipos de compuestos. Además, han habido algunas observaciones respecto a que el uso de microondas como fuente de calentamiento permite una mejora de la resistencia interfacial en materiales compuestos en comparación con el mismo compuesto procesado utilizando fuentes de calor tradicionales. Se ha planteado la hipótesis de que este efecto es debido a la promoción de diferentes reacciones químicas usando microondas que se observan normalmente y que estas reacciones químicas conducen a la producción de especies que pueden mejorar las características de unión interfacial. Sin duda , los esfuerzos adicionales serán valiosos para verificar y explotar aún más estas observaciones iniciales.

(C) Los polímeros de alta temperatura
Hasta el momento, el debate se ha enfocado principalmente en las nuevas tecnologías de procesamiento que se centran en la combinación de materiales diferentes. Estas tecnologías tienen el propósito de combinar dos materiales diferentes tomando ventaja de los beneficios que cada material individual proporciona. Estas tecnologías son cada vez más importantes conforme las aplicaciones de los productos se vuelven más difíciles y severas. Sin embargo, conforme nuevos polímeros se siguen desarrollando, nuevas tecnologías de procesamiento se están desarrollando para hacer frente a los polímeros individuales también. Algunas discusiones ahora serán proporcionadas para una tecnología avanzada de procesamiento que se centra en un único material en lugar de una combinación de polímeros. Uno de estos enfoques de materiales primarios son los polímeros de alta resistencia térmica. El desarrollo de aplicaciones para esa clase de materiales es altamente de naturaleza especializada y las áreas de posible utilización incluyen las industrias electrónicas y aeroespaciales.

La tecnología que será brevemente descrita a continuación se conoce como micro moldeo por inyección. Esta tecnología es de naturaleza similar al moldeo por inyección tradicional, pero se lleva a cabo a una escala de tamaño mucho más pequeña. Es un ejemplo de un proceso de micro - fabricación cuyas capacidades deben ser capaces de abarcar una amplia gama de materiales y formas geométricas de productos de materiales nuevos y emergentes. La tecnología se introdujo por primera vez basada en el moldeo por inyección tradicional y sólo ha sido relativamente reciente que las máquinas especiales se han desarrollado específicamente para las piezas micro moldeadas. La tecnología ha sido exitósamente demostrada para una serie de polímeros de alta temperatura, incluyendo polímeros de cristal líquido (LCP's), PEEK y PSA. A medida que la necesidad de contar con intrincadas piezas más pequeñas continúa para las industrias como la electrónica , la tecnología de moldeo por inyección de micro seguirá avanzando .

En este artículo se ha tratado de ofrecer un breve resumen de varias tecnologías  avanzadas de procesamiento de polímeros. En todos los ejemplos que se han citado, la necesidad para el desarrollo de estos métodos avanzados de procesamiento está siendo impulsada por las aplicaciones más sofisticadas de las partes poliméricas. Varios de esos usos están basados ​​en la combinación de polímeros diferentes en una sola estructura que se aprovecha de las características que se ofrecen en cada componente de polímero individual. En el caso de micro moldeo por inyección de polímeros, la necesidad de la tecnología avanzada de procesamiento se centra en el desarrollo de piezas más pequeñas que pueden funcionar de nuevas maneras. 

Se espera que el desarrollo de nuevas tecnologías de procesamiento continuará en el futuro conforme continúen definiéndose nuevas aplicaciones para los polímeros existentes. Además, a medida que se desarrollan nuevos polímeros, las tecnologías de procesamiento ya existentes pueden no ser aplicables para ellos. Para aquellos materiales, es fundamental que las técnicas de procesamiento de la novela que se establezcan permitan la utilización óptima de las características únicas que son proporcionadas por los nuevos polímeros .

Mark DeMeuse - SpecialChem - Omnexus
16 Setiembre 2013

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