Los elastómeros termoplásticos (TPE) combinan las propiedades elásticas del caucho con la facilidad de procesamiento de los plásticos. Su versatilidad los hace ideales para aplicaciones en automoción, calzado, dispositivos médicos, recubrimientos de cables, entre otros. Ampliando nuestra serie de artículos sobre materiales plásticos, hoy exploraremos los principales tipos de TPE, sus características y sus aplicaciones industriales.
Los elastómeros termoplásticos (TPE) son un grupo de materiales que poseen la elasticidad y flexibilidad de los elastómeros termoestables, pero con la ventaja de poder fundirse y reprocesarse como los termoplásticos, permitiendo su reciclaje y reutilización.
El comportamiento elastomérico se refiere a materiales de baja dureza y gran deformabilidad elástica. Es decir, que pueden ser sometidos a una gran deformación y recuperar nuevamente su forma y dimensiones originales.
Estos materiales se conocen como TPE (ThermoPlastic Elastomer) o TPR (ThermoPlastic Rubber). Su nomenclatura ha sido muy confusa desde su aparición en el mercado hasta la promulgación de la norma ISO 18064:2014.
La definición formal de elastómeros o cauchos termoplásticos es:
“Una mezcla de polímeros que, por encima de su temperatura de fusión exhibe un comportamiento termoplástico que permite moldearlo en un producto fabricado que, en su rango de temperaturas de uso, posee comportamiento elastomérico sin enlaces cruzados durante su fabricación. Este proceso es reversible y los productos pueden reprocesarse”.
Aunque son termoplásticos, exhiben una elasticidad similar a la del caucho vulcanizado. Un indicador clave es su dureza Shore. Hay TPEs en forma de gel blando desde 20 hasta 90 Shore A, en cuyo punto entran en la escala Shore D, donde pueden formularse para obtener valores de hasta 80, que significa un material que es muy duro.
Los diseñadores utilizan cada vez más TPEs debido a los significativos ahorros posibles gracias a su capacidad de ser moldeados como termoplásticos. El caucho convencional, sea natural o sintético, es un termoestable que debe sufrir una reacción química de formación de enlaces cruzados durante su transformación, típicamente llamado curado o vulcanización.
Como ventajas adicionales podemos mencionar una menor densidad y la colorabilidad.
A continuación, analizamos los diferentes tipos de elastómeros termoplásticos, ordenados desde los más utilizados y económicos hasta los más avanzados y costosos.
Conocidos como TPE-S o TPS son copolímeros en bloque a base de estireno y butadieno. Los más comunes son:
El tipo básico es el SBS (Styrene-Butadiene-Styrene) en el cual los bloques inicial y final de estireno proporcionan las propiedades termoplásticas y los bloques intermedios de butadieno las elastoméricas. Sus propiedades elásticas de elongación y recuperación coinciden con los elastómeros vulcanizados (termoestables) convencionales. Debido a la parte de las cadenas de estireno presenta problemas de degradación a altas temperaturas y el butadieno lo hace propenso a la oxidación y el desgaste aunque puede estabilizarse con aditivos antioxidantes. Presenta un excelente coeficiente de fricción, poca deformación permanente y gran resistencia a la tracción. También ofrece una excelente compatibilidad con PS o ABS para aplicaciones bimaterial.
El siguiente miembro de esta familia es el Estireno-Etileno/Butadieno-Estireno, SEBS (Styrene-Ethylene/Butadiene-Styrene) en el que la fase elastomérica está constituida por el caucho SEBS y la termoplástica por una fase elastomérica de poliolefina. Es altamente compatible con el PP, en el que llega a usarse como modificador de impacto, así como en aplicaciones de inyección multimaterial.
Bajo la denominación TPE-O o TPO encontramos termoplásticos base poliolefina modificados al impacto con precursores de caucho que no están entrecruzados y, por ello, no tienen propiedades elásticas. Esto hace que en algunos ámbitos no se les considere como elastómeros termoplásticos propiamente dichos.
Típicamente estos materiales son mezclas de PP y EPDM, en algunos casos hay un bajo nivel de enlaces cruzados para incrementar la resistencia térmica y las propiedades de compresión.
Presentan una combinación destacable de resistencia al impacto a baja temperatura con estabilidad térmica a alta temperatura junto con una baja densidad.
Se utilizan en aplicaciones donde se requiere mayor tenacidad que la que proporciona el PP copolímero, como en parachoques y salpicaderos.
Conocidos como TPE-V o TPV, representan el siguiente escalón en performance a partir del TPE-O.
Son también mayoritariamente compuestos de PP y EPDM, sin embargo han sido vulcanizados dinámicamente durante la mezcla.
Hay varios nuevos TPE-Vs en desarrollo, denominados “super TPVs” que se basan en mezclas de termoplásticos con elastómeros de altas prestaciones, que pueden ofrecer resistencias térmica y química muy mejoradas.
Podemos distinguir 4 subgrupos en función del caucho mezclado: PP + EPDM, PP + NBR, PP + NR, PP + Butilo.
Denominados TPE-U o TPU, muy diferentes de los PUR (poliuretanos termoestables más habituales). Estos materiales pueden estar basados en poliésteres o poliéteres uretanos y se utilizan en aplicaciones donde el producto requiera excelente resistencia al desgaste, la abrasión y la fatiga por flexión.
Algunos ejemplos incluyen suelas de calzado, botas de esquí, cables y conductores.
Se caracteriza además por su alta resistencia al oxígeno, al ozono y a las bajas temperaturas.
Es un polímero semicristalino, pero dependiendo de su grado de cristalinidad puede obtenerse piezas desde muy transparentes hasta completamente opacas.
Para los que se utilizan las denominaciones TPE-E, TEEE, TPC o COPE, copolímeros de poliéster-éter.
Son materiales para aplicaciones exigentes donde no se pueden usar otros TPE debido al alto rendimiento mecánico requerido o debido a la temperatura de trabajo.
Su idoneidad para el contacto con alimentos y la ausencia de cualquier plastificante los convierten en excelentes polímeros para diversas aplicaciones en los mercados de bienes de consumo donde se utiliza para fabricar utensilios de cocina, componentes de juguetes, válvulas para embalaje y equipos para el cuidado del cuerpo, entre otras aplicaciones.
Para aplicaciones más demandantes que requieran resistencia química, especialmente a aceites y grasas, en las que reemplaza al caucho de nitrilo (NBR).
Tiene propiedades similares al caucho vulcanizado en amortiguación de ruido y vibraciones y propiedades similares de relajación de tensiones.
Las aplicaciones típicas incluyen asas en las que se requiera una buena adhesión al PVC, PC o ABS.
Sus valores de rigidez a compresión son todavía muy superiores a los de los elastómeros termoestables, lo que limita su aplicación en los mercados de sellado de altas prestaciones.
Hay dos grupos, copolímeros polieteramida y copolímeros poliesteramida.
Estos productos ofrecen la buena resistencia química y térmica y adhesión a la poliamida.
Sus aplicaciones incluyen recubrimiento de cables y componentes aeroespaciales.
Los elastómeros termoplásticos representan una familia de materiales con gran versatilidad y amplias aplicaciones en diversas industrias. Su capacidad de reciclabilidad, resistencia y flexibilidad los hacen cada vez más demandados en sectores como automoción, calzado, juguetes y productos industriales. La elección del tipo de TPE dependerá de los requisitos específicos de cada aplicación, balanceando factores como resistencia térmica, dureza y compatibilidad con otros polímeros.
