1. Introducción de Materiales Termoestables
Hoy en día mucha gente tiene conocimiento sobre las prestaciones de los diversos materiales termoplásticos pero desconoce la utilidad de los temoestables. Muchos de ellos se preguntan que es un termoestable o termoduro. La verdad es que encontraríamos multitud de definiciones pero una de ellas podría ser que se trata de un material compuesto reforzado. Compuesto porque se trata de resinas con variaciones de elementos orgánicos y reforzado porque llevan asociados una serie de aditivos que entre otras propiedades le dan gran rigidez.Antiguamente las personas asociaban exclusivamente la identificación de los termoduros a la de componentes de batería de cocina como los mangos, asas y pomos y aparte de eso y de unas cuantas más prestaciones en el ramo eléctrico no le encontraban hueco en el sector industrial.
Estos materiales han sido “encasillados” muchas veces como materiales de poca prestación pero como veremos más adelante con la aparición de diversos tipos podemos anunciar que están sustituyendo a otros materiales , sobre todo metálicos, que hace una década podía parecer impensable que ocurriese.
Químicamente no vamos a entrar en su composición orgánica pero podemos decir que se tratan de resinas cuyas bases principales pueden ser el fenol, el formol y materiales insaturados que llevan ciertos tipos de aditivos que proporcionan a la pieza unos óptimos comportamientos mecánicos y térmicos.
Varias son las características importantes desde el punto de vista técnico pero si tuviésemos que significar dos podríamos escoger que se trata de productos una vez transformados que tienen una gran rigidez y que son aislantes.
Hemos dicho que se tratan de compuestos reforzados y eso significa que muchos de ellos llevan cargas como bien puede ser harina de madera, celulosa, fibras de vidrio larga y corta y diversas cargas minerales.
Pensamos nosotros como transformadores que es nuestra obligación transmitir a vdes. los principales tipos que existen, una pincelada de su transformación y la evolución de estos materiales en los últimos años y dar a conocer las innumerables ventajas que atesoran.
2. Clases de Materiales ¿Cuáles son las principales diferencias entre ellos?
Los materiales termoduros los podemos clasificar como:
- Resinas fenólicas.
- Aminoplastos.
- Resinas de melaminas.
- Resinas de urea.
- Poliésteres.
- Poliésteres sin carga.
- BMC (bulk moulding compound)
- SMC (sheet molding compound)
- Resinas epoxi.
Aunque vamos a hablar un poco de todas ellas deseamos incidir en las resinas fenólicas en nuestra conferencia porque pensamos que son las que van a marcar el futuro de los termoduros.
21. Resinas fenólicas.
Son compuestos formados por fenol-formaldehído y como características fundamentales podemos nombrar su elevada resistencia térmica , una elevada dureza y estabilidad térmica. Son materiales que una vez transformados que tienen una contracción máxima de 1.1%. A estas resinas las podemos aditivar una serie de elementos como grafito, cargas minerales, fibra de vidrio larga y corta, celulosa y algodón que conllevan a diferentes grados de temperatura de utilización así como otros tipos de propiedades.
Según sea el tipo de aplicación utilizaremos un tipo u otro.
Generalmente mucha gente confunde la bakelita con la resina fenólica, siendo aquella un tipo de éstas.
Vamos a enumerar las principales y su campo de aplicación
22. Aminoplastos
Como hemos dicho anteriormente se pueden dividir en resinas de melamina y resinas de urea. Las dos contienen formaldehído y su contracción es similar a la de las fenólicas. Como aditivos pueden llevar las mismas que las fenólicas.
La diferencia fundamental entre ellas es que la melamina presenta una mayor características dieléctrica. Según el tipo de carga podemos incrementar dicha resistencia.
La aplicación más común de estos materiales se realiza en el sector eléctrico y son homologables para el sector de la alimentación.
23. Poliésteres
Son materiales con buenas características eléctricas y mecánicas. Existen diferencias sustanciales entre los tres pero las más significativas son las siguientes:
- Tanto el UP, BMC como el SMC contienen un alto % de fibras que confieren a la materia prima una rigidez importante.
- La transformación del BMC se realiza or inyección mientras la del SMC por compresión.
Cada vez más en la industria se encuentran aplicaciones a estos materiales siendo utilizados mayormente en los sectores de la automoción y eléctrico.
24. Resinas epoxi
Se caracterizan por un buen aislamiento eléctrico y una alta resistencia al calor.
Sus aplicaciones van destinados a la industria química y eléctrica.
3. Transformación y Moldes
31. TransformaciónPodemos distinguir tres procesos; inyección, inyección-compresión y prensado.
311. Inyección
El proceso es el mismo que en un termoplástico con la salvedad que aquí todos los moldes van atemperados generalmente con resistencias y en algunos casos con aceite, mientras que en el termoplástico, aunque va en función del material y la pieza la mayoría de moldes van refrigerados.
Tambien es importante hacer constar que la temperatura de transporte de material alcanza como mucho los 90ºC.
En cuanto al ciclo debemos decir que va en función del espesor de la pieza, es decir, cuanto mayor sea este mayor será el tiempo de cocción.
Igual que en un plástico, pero de forma más acusada en estos materiales, influyen diversas cargas que dificultan la regularidad del ciclo de inyección. Por eso es especialmente importante una vez conocidas las caracteríticas de la pieza poner en conocimiento del fabricante de la materia prima los parámetros más significativos con el objeto de optimizar la resina.
| Tipo | Carga | Propiedad |
| PF-31 | harina de madera | elevada tenacidad |
| PF-51 | celulosa | elevada tenacidad |
| PF-71 | fibra de algodón | resistencia mecánica |
| PF-83 | fibra+harina de madera | resistencia mecánica |
| PF-13 | mica | elevada característica eléctrica |
| PF-31.5 | harina de madera | |
312. Inyección-CompresiónEl proceso es parecido a la inyección en lo que se refiere al transporte de material pero se diferencia de él que la inyección se realiza con el molde abierto (entre las dos placas hay una abertura aprox, entre 1 y 3 mm ) y posteriormente se realiza la compresión del material debido a la presión ejercida en el lado de extracción para cerrar el molde. Este proceso sirve para que salgan los gases y liberar tensiones con lo que se consigue un mejor acabado dimensional de la pieza. Es importante para piezas técnicas. También observamos que no existe punto de inyección cosa que si ocurre en la transformación anterior.
313. Prensado.
El proceso es la compresión de un material en la cavidad de un molde a través del desplazamiento de un pistón vertical. Anteriormente era la transformación más utilizada pero cada vez está siendo más sustituida por la inyección compresión. El comportamiento mecánico es superior al de inyección, pero su ciclo es mayor.
32. Moldes
Una de las cosas a destacar en los moldes a fabricar piezas de resinas fenólicas o aminoplastos es que están sometidos a altas temperaturas y desgates como hemos visto anteriormente, por tanto utilizamos un acero 2379 ya que es un material de una dureza considerable y después sometido a un tratamiento térmico de 58-60 HRC.
Estamos hablando en términos generales aunque depende también la configuración de la pieza. Una vez fabricado el molde como en el proceso de transformación se emiten gases se les suele dar unos baños químicos que facilita el desmoldeado de la pieza.
Para su protección y desgaste se acostumbran a darlos un tratamiento de cromo titanio y niquel que también ayuda a mejorar el aspecto superficial de la pieza. La vida aproximada de un molde con estos materiales a transformar es de 1MM de inyectadas aunque disminuye si los materiales llevan cargas.
Los moldes de poliésteres son de otro acero que llevan más contenido en cromo que facilitan el desmoldeo, con un tratamiento superficial a 58-60 HRC.
El termoestable es un material más abrasivo que cualquier plástico, por tanto los moldes acostumbran a ser más caros ya que al emplear materiales de más dureza el tiempo de mecanizado es superior. También debemos significar que al ser materiales tan abrasivos es importante tratar a la zona de inyección de forma empostizada ya que es la parte del molde más sometida a desgaste y con mayor influencia a una posible variación de medidas.
Los moldes de termoestables están provistos generalmente de resistencias internas tubulares que lo calientan entre 140-180ºC según el tipo de material. A veces también van provistos de resistencias planas externas con lo que obliga a colocar placas aislantes en las caras del molde para evitar la fuga de calor, definiendo el espesor de la pieza la medida que marca el grosor de dicha placa.
Estos materiales permiten igual que en los plásticos realizar cualquier roscado en el proceso de transformación . La diferencia es que los mecanismos son más complejos y tiene una duración más limitada que en los plásticos porque están sometidos a un desgaste mayor debido a las altas temperaturas.
El sistema de colada para la inyección de estos materiales es similar al de los termoplásticos, o sea inyección submarina y directa. Utilizar un tipo u otro lo determina la configuración de la pieza.
Pieza transformada PF-51 1
Pieza transformada con MF
4. Usos y aplicaciones actuales
Muchos piensan que los materiales termoestables van a tener una vida finita y van a ser sustituidos por los termoplásticos. Es bien cierto que en el último trienio los plásticos han tenido un auge considerable y ciertos productos han sido sustituidos pero bien es cierto que los materiales termoestables se han abierto camino en otras aplicaciones que difícilmente hace unos cuantos años hubiesen sido aceptados.¿en qué sectores y en qué aplicaciones se utilizan los materiales termoestables?
Vamos a enumerar unos cuantos;
- Sector menaje; elementos para batería de cocina; asas, mangos, pomos.
- Sector eléctrico; piezas para contador de la luz, relés, contactores, placas de bornes, portabobinas, interruptores.
- Sector automoción; ceniceros, estatores, colectores.
- Sector construcción; armarios para contadores de agua, gas y luz, contenedores.
- Sector coméstica; cápsulas y tapones.
5. Futuro de estos materiales
Igual que los materiales termoplásticos se han ido abriendo camino, podemos asegurar que los termoestables están empezando a caminar en sectores que apenas tenían trascendencia. Por tanto podemos decir que el futuro de estos materiales es alentador o bien para aplicaciones nuevas o en sustitución de elementos metálicos.Hoy en día estos materiales ya están sustituyendo en varias aplicaciones a materiales como el acero, aluminio y zamak mayoritariamente.
Uno de los sectores que tiene mayor impacto es el de automoción fabricándose en la actualidad diversas piezas entre las que podemos destacar los pistones de freno (en diversas medidas) y las poleas tensoras.
¿por qué estos materiales han sido sustituidos por los termoestables?
Evidentemente, lo que está claro es la creación de nuevos materiales con unas prestaciones anteriormente desconocidas. Estos materiales innovadores presentan sobre todo un peso específico mucho menos que cualquier material metálico con el consiguiente aligeramiento de la pieza sin perder la funcionalidad.
Otra ventaja importante es que estos materiales no necesitan ninguna posterior mecanización para conseguir las medidas necesarias; con los termoduros dichas medidas pueden salir de la transformación. Existen piezas que debido a su necesidad necesitan roscarse; en los termoestables igual que en los plásticos, pueden salir del molde.
Son materiales no corrosivos, o sea, que no necesitan pintarse.
Otra cosa a tener en cuenta, es la vida del herramental. Los materiales como aluminio o zamak tienen una vida limitada en comparación con los termoestables, lo que significa un fuerte ahorro en la inversión del molde debido al tiempo de amortización.
6. Conclusión
Para concluir me gustaría hacer hincapié en la utilización de estos materiales para la industria en general y poder decir a la gente que todavía se muestra escépticaen la aceptación de estos materiales que no tengo ninguna duda de su evolución y nos toca a todos nosotros a los fabricantes de materia prima y transformadores a darlos a conocer y enseñar sus prestaciones.
Muchos de los que estamos aquí no hubiésemos imaginado nunca la gran incidencia del plástico en el mundo de la automoción por citar un sector fuertemente representativo.
Dentro de poco podremos observar la incidencia de los termoestables en todos los sectores.
José María Valls. Director Comercial Baumgarten España, S.A. Ponencia presentada en las XVI Jornadas de Materiales Compuestos / Plásticos Reforzados, organizadas por el Centro Español de Plásticos
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