Un futuro brillante para los plásticos térmicamente conductivos

El peso más ligero, el menor costo y la mayor resistencia al impacto, la moldeabilidad y la personalización están impulsando rápidamente la demanda de termoplásticos que ayudan a mantener frescos a los aparatos electrónicos, la iluminación y los motores de los automóviles.

Los compuestos termoconductores de PolyOne se utilizan en aplicaciones automotrices y electricidad / electrónica, como iluminación LED, disipadores de calor y cajas electrónicas.

El compuesto de nylon 6 termoconductor CoolPoly TCP de Celanese se utiliza en los disipadores de calor de los faros delanteros Ford

Entre las ofertas de PC Makrolon termoconductores de Covestro se encuentran los grados para lámparas LED y disipadores de calor

Los compuestos termoconductores de RTP se utilizan en carcasas como esta caja de batería, así como disipadores de calor y componentes de difusión de calor más integrados.

Los fabricantes de equipos originales en industrias como la electrónica / electrónica, automotriz, iluminación, dispositivos médicos y maquinaria industrial se han sentido atraídos por los termoplásticos termoconductores durante varios años, ya que ellos buscan nuevas soluciones para aplicaciones que incluyen disipadores de calor y otros dispositivos de eliminación de calor, gabinetes LED y carcasas de baterías eléctricas.

Los estudios de la industria han indicado que estos materiales están creciendo a doble dígito, impulsados ​​por nuevas aplicaciones como vehículos totalmente eléctricos y automóviles complejos, grandes conjuntos de iluminación LED comerciales Los plásticos termoconductores son un desafío para los materiales más tradicionales, como los metales (especialmente el aluminio) y la cerámica, ya que ellos frecen una gama de ventajas: los compuestos plásticos pesan menos, cuestan menos, son fáciles de moldear, pueden personalizarse y también ofrecen más estabilidad térmica, resistencia al impacto y resistencia al rayado y a la abrasión.

Los aditivos que aumentan la conductividad térmica incluyen grafito, grafeno y cargas cerámicas como nitruro de boro y óxido de aluminio. Las tecnologías para su uso también están avanzando y se han vuelto más rentables. Otra tendencia es la entrada de resinas de ingeniería de menor costo, como los nylons 6 y 66 y PC en compuestos conductores térmicos, haciendo avances contra materiales de mayor precio que son seleccionados más típicamente, como PPS, PSU y PEI.

Porque la demanda esta creciendo
Por qué tanto alboroto? "La capacidad de moldear piezas con forma de red, reducir el recuento de componentes y los pasos de ensamblaje, y reducir el peso y costo son factores que impulsan la adopción de estos materiales", dice una fuente de RTP. "Para algunas aplicaciones, como las carcasas eléctricas y sobremoldeo de componentes, la capacidad de transferir calor mientras eres un aislante eléctrico es un gran punto de interés".

Agrega Dalia Naamani-Goldman, gerente de segmento de mercado para el transporte de E&E en el negocio de materiales de rendimiento de BASF, “La conductividad térmica se está convirtiendo rápidamente en una preocupación creciente para los fabricantes de componentes electrónicos y equipos originales automotrices. A medida que las aplicaciones se miniaturizan debido a las mejoras tecnológicas y las limitaciones de espacio, la acumulación de calor y la disipación se vuelven más importantes. Agregar aletas metálicas o insertar componentes metálicos es difícil si las huellas de los componentes son limitadas ”.

Naamani-Goldman explica que las aplicaciones de mayor voltaje están penetrando en los vehículos motorizados y las demandas de potencia de procesamiento están creciendo. En los paquetes de baterías de vehículos eléctricos, el uso de metal para dispersar y disipar el calor agrega peso, lo que lo convierte en una opción indeseable. Además, los componentes metálicos que ejecutan altos niveles de potencia pueden crear descargas eléctricas peligrosas. Una resina plástica que es térmicamente conductora y no eléctricamente conductora puede permitir voltajes más altos sin dejar de ser eléctricamente segura.

James Miller, ingeniero de desarrollo de campo de Celanese (anteriormente con Cool Polymers, que fue adquirido por Celanese en 2014), dice que los componentes eléctricos y electrónicos, particularmente aquellos en vehículos electrificados, continúan reduciéndose a medida que los espacios de componentes están físicamente mas copados. “Un factor que limita la reducción de tamaño de estos componentes es su capacidad para controlar el calor. Las mejoras en las opciones de embalaje térmicamente conductivo permiten dispositivos más pequeños y más eficientes ".

En electrónica de potencia, Miller señala que los plásticos térmicamente conductores permiten el sobremoldeo o la encapsulación, una opción de diseño que no está disponible con metales o cerámicas. En el caso de los dispositivos médicos que generan calor, como los que tienen cámaras o componentes de cauterización, la flexibilidad de diseño de los plásticos térmicamente conductores permite un embalaje funcional más liviano.

Tras señalar que los sectores automotriz y E / E tienen la mayor demanda de compuestos térmicamente conductores, Jean-Paul Scheepens, gerente general del negocio de materiales de ingeniería especializados de PolyOne, dice que estos productos satisfacen múltiples necesidades de clientes y de la industria, incluida una mayor libertad de diseño, permitiendo diseños con mayores áreas superficiales para una mayor variabilidad térmica. “Los polímeros termoconductores también ofrecen mayores opciones de aligeramiento y consolidación de partes, como la incorporación de un disipador de calor en el mismo componente como la carcasa, y la capacidad de crear sistemas de gestión térmica más uniformes. La economía favorable del proceso de moldeo por inyección es otro factor positivo ".

Joel Matsco, gerente senior de marketing de policarbonatos en Covestro, ve que los plásticos termoconductores encuentran tracción principalmente en aplicaciones automotrices. “Con aproximadamente una ventaja de densidad del 50%, pueden contribuir significativamente al aligeramiento. Esto también puede extenderse a vehículos eléctricos con batería. Muchos módulos de batería todavía usan metal para la gestión térmica, y dado que la mayoría de los módulos usan muchas estructuras repetitivas internamente, el ahorro de peso al reemplazar el metal con un polímero termoconductor aumenta rápidamente ”.

Covestro también está viendo una tendencia hacia la reducción de peso en grandes conjuntos de iluminación comercial. "Una luz de gran altura con un peso de 16 kg (35 lb) en lugar de 32 kg (70 lb) requiere menos estructura y es más fácil de manejar para los equipos de instalación en un andamio", señala Matsco. Covestro también tiene proyectos para carcasas electrónicas tales como enrutadores, donde el componente de plástico sirve como contenedor y proporciona gestión térmica. "En todos los mercados, también encontramos una reducción de costos de hasta un 20% dependiendo del diseño", dice Matsco.

Ganándole al Metal
Sheepens's de PolyOne dice que las aplicaciones clave de automoción y E / E para sus tecnologías térmicamente conductoras incluyen iluminación LED, disipadores de calor y cajas electrónicas, como placas base, cajas de inversor y aplicaciones de seguridad / administración de energía. En un vano similar, las fuentes de RTP ven que sus compuestos conductores térmicos se usan en carcasas y disipadores de calor, así como en componentes de difusión de calor más integrados en dispositivos industriales, médicos o electrónicos.

Matsco de Covestro dice que la aplicación principal en la iluminación comercial ha sido el reemplazo de disipadores de calor metálicos. Del mismo modo, la gestión térmica de las aplicaciones de red de gama alta está creciendo en enrutadores y estaciones base. Los componentes electrónicos específicamente señalados por Naamani-Goldman de BASF incluyen barras colectoras, cajas de conexiones de alto voltaje y conectores, aisladores de motor y cámaras de visión delantera y trasera.

Los plásticos térmicamente conductores prosperan al ofrecer flexibilidad de diseño en 3D para los requerimientos de gestión térmica más altos de la iluminación LED, dice Miller de Celanese. "En la iluminación de automóviles, nuestros polímeros térmicamente conductores (TCP) CoolPoly han habilitado recintos para iluminación de techo de bajo perfil y reemplazo de aluminio en disipadores de calor para faros externos", agrega.

Miller de Celanese dice que CoolPoly TCP proporciona una solución para el creciente segmento de pantallas de visualización (heads-up displays, HUD) de automóviles - una aplicación que requiere una mayor disipación de calor que incluso la iluminación, debido al espacio confinado del tablero, que tiene un flujo de aire limitado, así como el calor de la luz solar que baña esta ubicación del automóvil. "La ventaja de la ligereza de un plástico térmicamente conductor sobre el aluminio reduce los efectos de los golpes y vibraciones que se sienten en esta parte del vehículo, lo que puede causar distorsión de la imagen".

En carcasas de baterías, Celanese ha encontrado soluciones creativas con CoolPoly TCP Serie-D, que proporciona conductividad térmica sin conductividad eléctrica, para abordar los requisitos relativamente estrictos de calidad crítica de la aplicación. En algún momento, los refuerzos en plásticos térmicamente conductores limitan su alargamiento, por lo que los expertos en materiales de Celanese han desarrollado un grado de CoolPoly TCP a base de nylon que mejora la tenacidad 50-100% más que los grados típicos (resistencia a la flexión de 100 MPa, módulo de flexión de 14 GPa, 9 kJ / m2 Impacto con muesca Charpy) sin sacrificar la conductividad térmica o la densidad.

CoolPoly TCP proporciona flexibilidad en el diseño convectivo para satisfacer las necesidades de transferencia de calor de numerosas aplicaciones que históricamente usaban aluminio, con los beneficios del moldeo por inyección que usa un tercio de la energía que el moldeo por colada de aluminio y ofrece una vida útil del molde seis veces más larga.

En automoción, las aplicaciones principales son el reemplazo de disipadores de calor en los módulos de faros, módulos de luces antiniebla y módulos de luces traseras, según Matsco de Covestro. Los disipadores de calor para funciones de luces LED altas y bajas, tubos de luz LED y guías de luz, luces de circulación diurna (DRL) y señales direccionales son aplicaciones potenciales.

"Uno de los impulsores clave para el PC Makrolon térmicamente conductor es la capacidad de integrar la funcionalidad del disipador de calor directamente en los componentes de iluminación, como reflectores, biseles y carcasas, utilizando un molde de disparo múltiple o un enfoque de dos componentes", afirma Matsco. “Con los reflectores y los biseles hechos a menudo hechos de PC, se observa una adhesión mejorada cuando se moldea un segundo disparo de PC térmicamente conductor sobre ellos para controlar el calor, reduciendo así la necesidad de tornillos de fijación o adhesivos. Esto reduce el recuento de piezas, las operaciones secundarias y los costos generales a nivel del sistema. Además, en el ámbito de los vehículos eléctricos, vemos oportunidades en la gestión térmica y las estructuras de soporte en los módulos de batería ”.

También en vehículos eléctricos, Naamani-Goldman de BASF dice que los componentes de la batería como los separadores de celdas son muy prometedores. "Las baterías de iones de litio generan mucho calor, pero deben estar en un ambiente constante a unos 65 C o se degradan o fallan".

Cuales resinas están ganando tracción?
Inicialmente, los compuestos plásticos térmicamente conductores se basaban en resinas de ingeniería de alta gama; pero en los últimos años, las resinas de ingeniería de volumen como el nylon 6 y 66, PC y PBT han tenido mucha aplicación. Dice Matsco de Covestro: "Todo esto se ha visto en la naturaleza. Sin embargo, el mercado parece estar decidiéndose principalmente por el nylon y el policarbonato debido al costo ”.

Si bien PPS todavía se usa con bastante frecuencia, PolyOne ha experimentado un crecimiento tanto en nylon 6 como en 66, así como en PBT, dice Scheepens.

RTP dice que los nylons, PPS, PBT, PC y PP son las resinas más populares, pero se pueden usar muchos termoplásticos de mejor desempeño como PEI, PEEK y PPSU, dependiendo de los desafíos de la aplicación. Una fuente de RTP dice: “Por ejemplo, un disipador de calor para una luz LED puede estar hecho de un compuesto de nylon 66 para proporcionar conductividades térmicas de hasta 35 W / mK, mientras que el caso de una batería quirúrgica que debe resistir la esterilización frecuente requiere un compuesto de PPSU para mantener las propiedades de aislamiento eléctrico y reducir la acumulación de humedad ".

BASF tiene varios compuestos comerciales térmicamente conductores, incluidos los grados de nylon 6 y 66, dice Naamani-Goldman. “Varias aplicaciones como carcasas de motores e infraestructura eléctrica están en producción utilizando nuestros materiales. Esta es un área de desarrollo activa a medida que continuamos identificando las necesidades de los clientes para la conductividad térmica. Muchos clientes no saben qué nivel de conductividad necesitan, y los materiales deben adaptarse a aplicaciones específicas para que sean efectivos ”.

DSM Engineering Plastics lanzó recientemente Xytron G4080HR, un PPS reforzado con vidrio al 40%, para optimizar el desempeño de los sistemas de gestión térmica de vehículos eléctricos. Está diseñado para un desempeño de envejecimiento térmico, resistencia a la hidrólisis, estabilidad dimensional, resistencia química a temperaturas elevadas y retardo de llama intrínseco.

Según los informes, este material mantiene su resistencia a temperaturas de funcionamiento continuo superiores a 130 ° C durante 6000 a 10,000 h. En una prueba reciente de 3000 horas de 135 ° C de agua / líquido de glicol versus un grado comparable de la competencia, Xytron G4080HR supuestamente entregó 114% más de resistencia a la tracción y 63% más de alargamiento en la rotura.

Los aditivos sostiene su promesa
Dependiendo de los requerimientos de la aplicación, se puede usar cualquiera de una amplia gama de aditivos para la conductividad térmica, dice RTP, y señala que "los más populares siguen siendo los aditivos como el grafito, pero siempre estamos explorando nuevas opciones como el grafeno o los novedosos sistemas de aditivos cerámicos".

Un ejemplo de estos últimos fue lanzado el año pasado por Martinswerk Div ​​de Huber Engineered Polymers. Basado en óxido de aluminio y dirigido hacia las nuevas tendencias de movilidad como la electrificación, la línea de aditivos Martoxid supera a otros óxidos de aluminio y otras cargas conductivas.

Martoxid se ha mejorado mediante el control de la distribución del tamaño de partícula y la morfología para ofrecer una mejor compactación y densidad, junto con un tratamiento superficial único. Según los informes, se puede utilizar cargas superiores al 60% sin comprometer las propiedades mecánicas o reológicas. Este ha mostrado un excelente potencial para su uso en PP, TPO, nylons 6 y 66, ABS, PC y LSR.

Matsco de Covestro dice que tanto el grafito como el grafeno se han utilizado comúnmente, señalando que el grafito tiene un costo relativamente bajo y una conductividad térmica moderada, mientras que el grafeno es generalmente un costo más alto pero con importantes ventajas de desempeño de conductividad térmica. Él agrega: “A menudo se solicitan materiales térmicamente conductores, eléctricamente aislantes (TC / EA), y aquí es donde los aditivos como el nitruro de boro son comunes. Desafortunadamente, no obtienes algo por nada, y en este caso el nitruro de boro proporciona aislamiento eléctrico pero reduce la conductividad térmica. Además, el costo del nitruro de boro puede ser alto, por lo que TC / EA debe ser una propiedad material muy necesaria para justificar el aumento del costo ".

Naamani-Goldman de BASF lo expresa de esta manera: "El desafío es equilibrar la conductividad térmica con otras necesidades; asegurando que los materiales puedan procesarse eficientemente en grandes volúmenes , y que las propiedades mecánicas no caigan demasiado. Otro desafío es crear una solución rentable que pueda ser ampliamente adoptada ”.

Scheepens de PolyOne considera que las cargas a base de carbono (grafito) y las cargas cerámicas son aditivos prometedores para lograr la conductividad térmica deseada y equilibrar otras propiedades eléctricas y mecánicas.

Miller, de Celanese, dice que la compañía ha explorado una amplia variedad de aditivos que combinan la selección más amplia de resinas base integradas verticalmente de la industria para ofrecer composiciones patentadas que permiten un rango de conductividad térmica de 0.4-40 W / mK.

Compuestos conductores multifuncionales
También parece haber una demanda creciente de compuestos conductores multifuncionales, tales como conductores térmicos y eléctricos o conductores térmicos y retardantes de llama.

Matsco de Covestro señala que tan pronto como esa empresa lanzó sus PC Makrolon TC8030 y TC8060 térmicamente conductoras, los clientes inmediatamente comenzaron a preguntar si ellos podían ser aislantes de la electricidad. “Las soluciones no son tan simples, y cualquier cosa que se haga para aumentar la EA impacta negativamente a la CT. Ahora ofrecemos el policarbonato TC110 de Makrolon y tenemos otros desarrollos en preparación para atender estas solicitudes ”.

Naamani-Goldman de BASF dice que las diferentes aplicaciones requieren conductividad térmica y propiedades adicionales, señalando como ejemplos paquetes de baterías y conectores de alto voltaje, los cuales deben disipar el calor así como cumplir con los rigurosos estándares ignífugos en caso de un incendio en un paquete de baterías de ion litio.

PolyOne, RTP y Celanese han visto una gran demanda de compuestos multifuncionales de todos los segmentos del mercado y están proporcionando compuestos que ofrecen conductividad térmica junto con funcionalidades como blindaje EMI, mayor impacto, retardo de llama, aislamiento eléctrico, resistencia a los rayos UV y estabilidad térmica.

Lilli Manolis Sherman, Editora Principal
Plastics Technology
01 Julio 2019

Nylon 66: Problemas de precio y suministro llevan a los procesadores a considerar alternativas

Si bien la escasez del nylon 66 puede no ser duradera, los proveedores de resina, los fabricantes de compuestos y los distribuidores se han movilizado para ofrecer a los procesadores una serie de materiales de "reemplazo".

En los últimos dos años, una expansión global de la oferta/demanda en nylon 66 ha llevado a algunos proveedores, compositores y distribuidores de termoplásticos de ingeniería a estar listos para enfrentar las constantes limitaciones de capacidad y los precios más altos con resinas de ingeniería alternativas. Las principales opciones son nylon 6, PBT y nylons de alto rendimiento como los PPAs, así como mezclas que contienen un mayor contenido de reciclado. Si bien existen diferentes proyecciones, la mayoría de las fuentes anticipan que la escasez del nylon 66 continuará hasta al menos en parte del 2020.

Las restricciones de la resina están relacionadas principalmente con los suministros limitados del precursor clave, adiponitrilo (ADN) , para el cual la capacidad global actual, estimada en alrededor de 1.7 millones de TM, es producida por cuatro jugadores principales: Ascend Performance Polymers e Invista en EUA; Butachemie, una empresa conjunta de Invista y Solvay en Alemania; y Asahi Kasei de Japón. Una explosión en 2015 en una planta china de ADN eliminó el 18% de la capacidad global. El problema del ADN parece haber aterrizado prominentemente en el radar de casi todos desde la temporada de huracanes 2017 hasta 2018, comenzando con interrupciones no planificadas en la producción de ADN y nylon 66, todas las cuales ya se han resuelto en gran medida, según Brendan Dooley, de IHSMarkit, con sede en Houston. director global de resinas de ingeniería.

A mediados de 2018, los precios del nylon 66 subieron más de un 50% en comparación con los 18 meses anteriores. Solo en 2018, hubo alzas en los precios del primer trimestre y del tercer trimestre de 8-10 ¢/kg. Las subidas de precios en el cuarto trimestre estaban en curso al cierre de esta edición en algunas partes del mundo, y los aumentos de 2019 en el primer trimestre no serían sorprendentes. Según Dooley, las interrupciones planificadas para 2019 incluyen paradas de seis semanas en el primer y tercer trimestre en la planta de Invista en Victoria, Texas, y en la planta alemana de Butachemie, cada una para la modificación de la nueva tecnología de ADN.

La buena noticia, según Dooley, incluye algunas adiciones clave de capacidad de ADN. En Pensacola, Florida, Ascend, el jugador de nylon 66 completamente integrado más grande del mundo, aportó 50,000 TM de ADN en 2017; pronto está programado para traer otros 36,000 TM; y planea una expansión de 163,000 TM para 2022. Las modificaciones de la planta de ADN de 2019 por parte de Invista y Butachemie darán como resultado un aumento del 10% en la producción. Además, está programado que Invista Shanghai ponga en funcionamiento una nueva unidad de ADN de 300,000 TM en 2023. Dooley afirma que estas acciones se traducirán en una mejora en el suministro de nylon 66 para mediados de 2020. Para el próximo año, proyecta un equilibrio estrecho entre la oferta/demanda y un posible alivio de los precios en función de una mayor oferta o menor demanda.

En octubre, Ascend emitió una declaración que dice que fue impulsada por "informes contradictorios sobre la disponibilidad de PA 66 a largo plazo" a fin de reafirmar su compromiso de satisfacer la creciente demanda del mercado de nylon 66 para la industria automotriz, E / E, cable-brida, mercados de consumo e industriales. La declaración también señaló: "El hecho es que PA 66 ofrece la mejor combinación de valor, desempeño y procesabilidad entre los diversos termoplásticos disponibles en la actualidad. Reemplazar el PA 66 con otro material tiene costos más allá de la disponibilidad y el precio ".

Concediendo que la disponibilidad de nylon 66 está "restringida a corto plazo", la compañía dijo que está trabajando con los clientes para ayudar a aliviar esa restricción donde sea posible. Agregó que la adquisición de Britannia Techno Polymers, una empresa holandesa especializada en compuestos plásticos, la cual se especializa en compuestos de nylon patentados, esta corriendo a plena capacidad para atender a sus clientes europeos. De manera similar, sus plantas de Foley, Alabama y Greenwood, S.C., están produciendo a niveles óptimos para apoyar a los clientes con compuestos y fibra; y la producción en Pensacola, Florida, luego de la acción de fuerza mayor a mediados de julio, se encontraba en torno al 90% de su capacidad.

Mientras tanto, BASF está comprometido con el mercado de nylon 66, ya que continúa teniendo un potencial de crecimiento global significativo, según Mark Szendro, director de marketing para transporte de materiales de alto desempeño en América del Norte. “Perseguimos continuamente todas las opciones para obtener productos a lo largo de la cadena de valor de nylon 66. Sin embargo, la realidad es que la demanda está superando a la oferta y esto continuará durante los próximos años. Es por eso que BASF está invirtiendo en el futuro con nuestra adquisición planeada del negocio de poliamida de Solvay.

La compra fortalecería la cadena de valor de poliamida 66 de BASF mediante el aumento de las capacidades de polimerización y la integración hacia atrás de la materia prima clave, ADN". Añadió que BASF reconoce la necesidad de buscar materiales alternativos mientras tanto y está trabajando estrechamente con los clientes para identificar aplicaciones específicas que podrían usar materiales alternativos como nylon 6, PBT o PPA.

Las fuentes en DowDupont, aunque reconocen una estrechez temporal en la cadena de suministro de nylon 66, informan que han mantenido un suministro ininterrumpido de productos de nylon y siguen confiando en su capacidad para continuar suministrando a los clientes mas antiguos con resinas de nylon 66 Zytel. Señalaron que la compañía es el único proveedor importante de nylon 66 con polimerización a escala mundial y fabricación de compuestos en América del Norte, Europa y Asia.

También promocionaron su estrategia de larga data de "Grados Globales" de Zytel - productos hechos con recetas y especificaciones uniformes en las ubicaciones globales de la empresa, lo que permite el respaldo de fuentes alternativas. Señalaron que han desarrollado una red flexible de proveedores de las materias primas clave para garantizar que no dependen de un solo activo ascendente en ninguna de sus líneas de productos. Aún así, agregó una fuente de la compañía, "Es posible que la oferta sea limitada para los próximos uno o dos años. No hemos visto una situación tan aguda y duradera como esta”.

Se pidió a una muestra de estos y otros proveedores de termoplásticos de ingeniería, compuestos y distribuidores que contribuyeran, tanto por su visión de la situación de resina restringida como por su disposición para ayudar a los clientes con materiales alternativos cuando sea posible. Casi todos reconocen que el sector automotriz es el que más preocupa debido a las muchas aplicaciones para las cuales se especifica el nylon 66 y porque la especificación de cualquier reemplazo no puede ocurrir de la noche a la mañana.

Problemas de reemplazo
Aunque las fuentes de la industria admiten que varios fabricantes de componentes de nylon 66 y FEO (Fabricantes de Equipo Original) de uso final están evaluando materiales alternativos, el reemplazo real hasta la fecha parece haber sido bastante limitado. Una razón, según Chris Wilson, VP y jefe de negocios cristalinos de Solvay Specialty Polymers es que hacer un cambio no es una tarea fácil. “El cambio de nylon 66 a un material alternativo generalmente no es tan fácil como dejar caer una nueva resina en la máquina. A menudo, se deben considerar los impactos potenciales en las dimensiones, las características de la pieza o el rendimiento de la pieza. La elección de un proveedor que pueda proporcionar soporte técnico y de desarrollo de aplicaciones también debe ser parte de la decisión ".

Sin embargo, casi todas las fuentes de la industria contactadas admiten que tienen clientes que expresan preocupación por los precios más altos y la escasez de la resina. Las fuentes en PolyOne Corp., Avon Lake, Ohio, informaron que vieron esta preocupación a principios de 2017, cuando el nylon comenzó a escasear, y los clientes solicitaron datos del mercado, pronósticos de precios y detalles sobre las restricciones de suministro. De la misma manera, las fuentes de PolyOne sostienen que muy pocos clientes han cambiado a otras resinas. Uno de ellos dice: "Tenemos algunos clientes que están probando el nylon 6, pero el cambio más dominante es el de nylon 66 virgen al reciclado o de amplia especificación".

Steve Bowen, presidente del negocio PlastiComp de PolyOne, agregó: "El suministro de nylon 66 se ha restringido durante más de un año, lo que ha requerido una gestión estricta para garantizar que no haya interrupciones en el suministro. Nuestras asociaciones a largo plazo con proveedores claves nos ayudan a navegar durante este período crítico. Hemos podido asegurar suficiente material de nylon 66 necesario para mantener nuestro negocio principal al mismo tiempo que desarrollamos algunos segmentos adicionales ".

Wilson de Solvay dijo que la escasez del suministro de nylon 66 les ha abierto los ojos a un riesgo que previamente no habían visto. "Creo que la industria había dado por sentado que habría un suministro ilimitado de nylon 66, y este pensamiento ahora ha cambiado claramente. Un cliente automotriz me comentó que hasta que la situación se resuelva, están dirigiendo activamente los proyectos de desarrollo lejos del nylon 66 y hacia otras resinas, incluso si esto requiere un rediseño de parte ”.

Según Wilson, Solvay ya tiene varios desarrollos activos en curso para ayudar a los clientes a convertirse a otras resinas en la cartera de la empresa. “Normalmente, los usuarios de nylon 66 intentan sustituirlos por productos basados ​​en PP, nylon 6 o PBT. "Si estos polímeros no pueden cumplir con los requisitos técnicos, o si se requiere molds costosos, entonces recurren a nylons de alto desempeño tales como nuestro Omnix HPPA, Ixef PARA o Amodel PPA". Añadió que hay varias ventajas para subir en la pirámide de desempeño desde nylon 66 con tales materiales. Las piezas a menudo se pueden hacer con paredes más delgadas y, por lo tanto, utilizan menos resina, lo que las hace más livianas con un costo general más bajo y sin la necesidad de moldes nuevos o modificados. Wilson notó que el aumento en los precios de nylon 66 ha reducido significativamente la brecha de precios en comparación con las resinas de ingeniería de alto rendimiento.

Jose Chirino, director técnico de la región de América para la unidad de negocios de materiales de alto desempeño de Lanxess, informó que durante varios meses, los equipos de ventas y técnicos de la compañía han estado participando en francas conversaciones con los clientes sobre el proceso de selección de materiales. "Hemos encontrado que muchas veces el material elegido es más histórico que lo verdaderamente diseñado en la aplicación. Hemos cuestionado este enfoque y hemos tenido éxito en cambiar a los clientes que están viendo un aumento en el costo de su parte debido a los aumentos de las materias primas y están preocupados también por la disponibilidad de material a corto y mediano plazo. Pero aparte de los problemas de costo y disponibilidad, muchos grados de nylon 6 y PBT pueden cumplir hoy en día con requisitos cruciales en cuanto a propiedades, como el desempeño térmico o mecánico, la calidad superficial y el retardo a la llama".

Como se informó en un blog de PT en julio, el director de desarrollo de aplicaciones Cliff Watkins del distribuidor de resinas PolySource, ofreció puntos claves de conversación sobre este tema para informar a los clientes y discutir sus ofertas de reemplazo de nylon 66, que incluyen, nylon 6, PBT, PPA y policetona alifática.

Alex Fung, presidente del distribuidor de resinas Conventus Polymers, tiene una idea diferente: "Los clientes están preocupados de que esto pueda continuar en 2020. Los clientes continúan viendo aumentos de precios repetidos en el nylon 66 e incluso en el nylon 6. Claro, hay resinas alternativas para usar tales como PBT o nylon 6, pero el nylon 66 ofrece una combinación única de propiedades y valor que puede hacer que sea difícil de reemplazar, así que querrá asegurarse de tener en cuenta estas diferencias. No hay almuerzo gratis en plásticos ”. Fung sostuvo que la amplia experiencia de la compañía en el manejo de este tipo de problemas de suministro lo llevó a comprar por adelantado. "Tenemos un amplio inventario de los grados de nylon 6 y nylon 66, por lo que estamos dando la bienvenida a los posibles clientes".

Alternativas y aplicaciones de destino
Algunas fuentes contactadas optaron por dar un breve resumen de los materiales que están ofreciendo como reemplazos de nylon 66 cuando esté justificado. Otros proporcionaron una descripción más completa de sus materiales alternativos para aplicaciones específicas:

● Celanese Engineered Polymers: el año pasado, la compañía adquirió Nylit Plastics de Italia, productora de resinas y compuestos de nylon de alto desempeño, con una especialidad en nylon 66. Jeff Helms, director global de ventas automotrices para materiales de ingeniería en Celanese, dice que la firma tiene clientes que están considerando la posibilidad de cambiar a nylon 6 cuando las partes pueden funcionar correctamente con límites de temperatura ligeramente más bajos y con una absorción de humedad ligeramente mayor. Celanese también está colocando ofertas de nylon 66 reciclado, nylon 6 y resina post-industrial (RPI).

● DowDuPont: si bien las fuentes de la compañía no tienen conocimiento de ningún cliente que haya cambiado a alternativas, para aquellos que sí desean calificar soluciones alternativas para aplicaciones comerciales existentes en los mercados automotriz, E/E, industrial o de consumo, DuPont ofrece Zytel nylon 6, Zytel HTN PPA, Crastin PBT, Rynite PET y acetal Delrin POM.

● PolyOne: las fuentes de la compañía dicen que están ofreciendo nylon 6 para aplicaciones industriales y automotrices, incluidos componentes , engranajes y carcasas bajo el capot; agregando que estas dos industrias son las más abiertas a probar alternativas. El negocio PlastiComp de la compañía también ofrece mezclas de nylon 6 y nyon 66 en formulaciones de fibra larga.

Además del nylon 6 para aplicaciones industriales y automotrices, como las piezas debajo del capó, el negocio PlastiComp de PolyOne también ofrece mezclas de nylon 6 y nylon 66 en formulaciones de fibra larga.

Si bien PolyOne ha visto a pocos clientes cambiar de nylon 66, se les pide, cada vez más, datos de mercado, pronósticos de precios y detalles sobre restricciones de suministro.

● BASF: Szendro discutió tres alternativas. Para aplicaciones que requieren buenas propiedades eléctricas, buen envejecimiento térmico, soldabilidad, desempeño bajo impacto y amortiguación, dijo que el Ultramid nylon 6 podría ser una solución. Los posibles usos incluyen componentes estructurales, aplicaciones de tren motriz y piezas de apariencia exterior, como manijas de puertas y pedales .

BASF está buscando todas las opciones para obtener productos a lo largo de la cadena de valor de nylon 66, incluida la adquisición planeada del negocio de nylon 66 de Solvay.

Para aplicaciones eléctricas y de iluminación tales como conectores, carcasas para unidades de control eléctrico y sensores, donde se requiere una mejor estabilidad dimensional, Szendro citó los grados de PBT de Ultradur.

Para los casos en que las piezas están expuestas a cargas exigentes en aire caliente, tales como los conductos de aire de carga o las piezas donde hay mucho desgaste y fricción, Szendro observó los grados de PPA de Ultramid Advance, que cuentan con resistencia a la hidrólisis y química además de una excelente estabilidad dimensional. Otras oportunidades son las exigentes aplicaciones de refrigeración del motor y las cajas de termostatos.

Para aplicaciones donde las piezas están expuestas a cargas exigentes en aire caliente, como los conductos de aire de carga, BASF ofrece Ultramid Advance PPA.

● Lanxess: Chirino dio algunos ejemplos de aplicaciones de reemplazo específicas y materiales recientemente desarrollados para competir con el nylon 66. La compañía apoyó a un cliente que produce una caja de cambios con nylon 66 cargado con 30% de fibra de vidrio al mostrar que las propiedades mecánicas del componente y las dimensiones de la parte sería las mismas si se usara un nylon 6 cargado con 35% de fibra de vidrio. En este caso, un aumento del 5% en el contenido de vidrio superó las preocupaciones de desempeño dimensional y mecánico - todo mientras se usaba el molde existente.

La disponibilidad de materiales y las preocupaciones de costos en el mercado de electrodomésticos llevaron a Lanxess a evaluar materiales alternativos con un cliente que produce mangos de horno en un nylon 66 cargado con 30% de vidrio. En este caso, después de comprender los requisitos de impacto y carga de la pieza, Lanxess sugirió un nylon 6 con 30% fibra de vidrio y cuentas de vidrio. La pieza superó todos los requisitos de dimensiones, carga e impacto, y también tuvo la ventaja de una apariencia mejorada.

Los comentarios de los clientes de nylon 66 preocupados por la fatiga a largo plazo si ellos se cambian a una alternativa, alentaron a Lanxess a desarrollar los nuevos compuestos de nylon 6 Durethan-Performance "P". Estos cuentan con mejores propiedades de fatiga y se desempeñan considerablemente mejor que los grados estándar de nylon 66. Por ejemplo, en una prueba de detección de fatiga a 120 C, el nuevo Durethan BKV30PH2.0 con 30% de vidrio supuestamente resistió casi 10 veces más ciclos de prueba que el nylon 66 con 30% vidrio estándar.

Un criterio clave para seleccionar un material en el mercado E/E, particularmente para piezas pequeñas como conectores, es el tiempo de ciclo. Chirino dijo que Lanxess ha visto un interés creciente en sus mezclas de Pocan XF (eXtreme Flow),PBT y PBT. Según se informa, estos tienen propiedades de contracción y mecánicas muy similares al nylon 66; pero debido a la baja viscosidad, estos PBTs pueden moldearse a temperaturas más bajas, lo que reduce el tiempo de enfriamiento en el moldeo por inyección, lo que ha llevado a ciclos un 15% más cortos en algunos casos.

Para aplicaciones ignífugas, Lanxess ha posicionado su nuevo PBT sin carga y sin halógeno Pocan BFN2502, que alcanza una clasificación UL 94V-0 a un impresionante 0.4 mm, para reemplazar el nylon 66 sin carga, sin halógeno. Según Chirino, el material cumple todos los requisitos de inflamabilidad, las evaluaciones de impresión láser y las conexiones de unión conjunta, junto con excelentes propiedades mecánicas y de procesamiento, lo que lo hace muy atractivo para los moldeadores, especialmente cuando no se necesitan cambios en los moldes.

Para aplicaciones ignífugas, Lanxess ha posicionado su nuevo PBT Pocan BFN2502 sin carga, sin halógeno para reemplazar el nylon 66 sin carga y sin halógeno.

● Solvay: Wilson citó a Omnix HPPA, un PPA de alto desempeño, como una opción clara para reemplazar el nylon 66 cargado de vidrio, ya que brinda propiedades equivalentes en condiciones secas y un desempeño superior después de considerar la absorción de humedad. Se puede usar fácilmente en moldes de agua caliente y tiene valores de contracción similares a los del nylon 66. Está dirigido a aplicaciones estructurales en el mercado automotriz y aplicaciones de contacto con alimentos y agua potable en mercados de consumo.

Para aplicaciones de temperaturas más altas y/o que están en contacto con agua/glicol, Wilson sugirió el Amodel PPA como una buena alternativa que superará al nylon 66. Para aplicaciones que requieren alta calidad superficial y resistencia mecánica extraordinaria, citó Ixef PARA poliarilamida (también conocido como MXD6 nylon) como una buena alternativa al nylon 66.

Para aplicaciones que requieren flexibilidad adicional o una mejor resistencia al impacto, hay grados endurecidos y reforzados con elastómero en los portafolios de Amodel PPA y Ryton PPS que ofrecen alternativas potenciales a los grados de nylon 66 sin carga.

● DSM Engineering Plastics: A principios de este año, Rob Crowell, director comercial, discutió los méritos de cuatro polímeros en el portafolio de la empresa que podrían reemplazar el nylon 66 con relativa facilidad. Comenzando con el nylon 6 Akulon, observó su desempeño casi equivalente en rigidez y resistencia al nylon 66, y un desempeño superior en dureza, procesabilidad y envejecimiento térmico hasta 200 C, se adapta a aplicaciones donde las piezas están expuestas a aire caliente, tales como colectores de admisión y conductos de aire; expuestos al aceite, tales como bandejas de aceite y filtros; y piezas con altos requisitos de apariencia superficial, como pedales, manijas de puertas y carcasas de herramientas eléctricas.

EcoPaXX nylon 410, un bio-nylon de alto desempeño, fue citado para aplicaciones donde las piezas están expuestas al agua o al glicol, como en la gestión térmica de automóviles. Este demuestra una baja absorción de humedad y una excelente resistencia química, una alta tasa de cristalización para un procesamiento rápido y fácil, y el punto de fusión más alto de todos los bio-nylons hasta 250 C.

Otra alternativa es el Stanyl nylon 46 de DSM con alta retención de rigidez hasta 290 C y excelente resistencia al desgaste y abrasión en combinación con baja fricción a temperaturas elevadas. Se recomienda para piezas estén expuestas al desgaste y la fricción (como los engranajes y los tensores de cadena), o estén expuestas a cargas exigentes en aire caliente (como los conductos de carga de aire) o aceite (tales como algunos componentes del motor y transmisión).

El Arnite PBT fue citado como adecuado para aplicaciones eléctricas y de iluminación tales como conectores, marcos de iluminación y componentes LED, ya que demuestra excelentes propiedades eléctricas, buena estabilidad dimensional y alta rigidez específica. Algunos grados están optimizados para cumplir con los requisitos de desgasificación más exigentes de hasta 200 C.

Lilli Manolis Sherman
Senior Editor
Plastics Technology
30 Noviembre 2018