Llegamos ahora al último de los artículos acerca de los diferentes materiales plásticos, ahora resta la parte alta de la pirámide, los termoplásticos de altas prestaciones, con aplicaciones muy demandantes, pero con un coste que restringe mucho su aplicación.
En este grupo hablaremos de 9 miembros: las Polisulfonas (PSU), PoliEterSUlfonas (PESU), y Polifenilsulfonas (PPSU), la Polieterimida (PEI) y la Poliamidaimida (PAI) por el lado de los amorfos. Y los Fluoroplásticos (FEP y PTFE), el Polisulfuro de Fenileno (PPS), las Poliftalamidas (PPA), los Polímeros Líquidos Cristalinos (LCP) y la Polieter Eter Cetona (PEEK) en representación de los semicristalinos.
Las polisulfonas son una familia de termoplásticos amorfos traslúcidos de tonalidad marrón amarillenta, con una buena resistencia química y resistentes a la hidrólisis que destacan por su tenacidad y estabilidad a alta temperatura.
Se comportan de forma muy similar al policarbonato, pero a mayor temperatura (donde éste no llega). Fueron introducidas en el mercado en 1965 por la Union Carbide bajo el nombre comercial de Udel.
Los compuestos de esto polímeros se caracterizan por la presencia del grupo difenilenosulfona. La repetición básica de cualquier polisulfona contiene unidades de sulfona, éter y arilo como estructura principal. Se pueden encontrar con otros nombres como Polietersulfona o Poliarilsulfona.
La polisulfona es tan rígida que no presenta temperatura de transición vítrea. Permanece dura hasta descomponerse alrededor de los 500ºC. Esto significa que no puede ser procesada como termoplástico. Para hacerla más dúctil y procesable se introducen grupos flexibles (éter o arilo) en la cadena principal.
Las PoliEterSulfonas es un termoplástico resistente a la temperatura durante períodos prolongados de tiempo. Ofrece una gran resistencia mecánica y rigidez. Su abreviatura química ha sido durante mucho tiempo PES, no obstante bajos las normas internacionales actuales se ha empezado a referir a ellas como PESU para identificar mejor su pertenencia a la familia de las sulfonas.
Sus buenas propiedades dieléctricas lo califican para su uso en piezas de aislamiento eléctrico en ambientes de elevadas temperaturas como cuerpos de conectores. También se utiliza para pistones y carcazas de bombas.
Son plásticos rígidos, de alta resistencia y transparentes, con un rango de temperaturas de uso entre -100ºC y 150ºC.
Su estabilidad a la hidrólisis permite utilizarlos en aplicaciones médicas que requieren esterilización en autoclave.
También se utilizan como medio de filtración (membranas) con poros de hasta 0,2 micras en aplicaciones como la hemodiálisis, esterilización microbiológica (recuperación de aguas residuales), procesamiento de alimentos y bebidas y separación de gases. También se utilizan en la industria automotriz y electrónica, así como en los cartuchos mezcladores termostáticos para ducha.
Es un termoplástico de altas prestaciones que ha ganado rápida aceptación como material para altas temperaturas competitivo con PSU, PPS, PEK y PEEK.
Tiene gran resistencia a la tracción sin necesidad de recurrir a fibras de refuerzo, resistencia a la llama, muy baja emisión de humos y excelente estabilidad hidrolítica.
Debido a su gran estabilidad, su rango de proceso es más amplio que la mayoría de los otros termoplásticos.
En 1982 General Electric introdujo la primera PEI (PolyEtherImide) bajo la marca comercial Ultem. Descubrieron que la presencia de grupos éter era suficiente para permitir su procesado en masa, reteniendo muchas de las características clave de las poliimidas.
Ofrece una gran resistencia térmica y química y su temperatura de uso continuo es de hasta 170ºC.
Se utiliza principalmente en aplicaciones eléctricas/electrónicas, aeroespaciales, médico/sanitarias, productos farmacéuticos, luminarias y automoción.
Es un material que ofrece una combinación sobresaliente de propiedades mecánicas y estabilidad dimensional a elevadas temperaturas.
Además, sus propiedades dieléctricas le confieren muchas posibilidades de aplicación en componentes eléctricos para elevadas temperaturas. Resulta muy apropiado para piezas de precisión en equipos de alta tecnología.
Con adición de grafito o de PTFE se le confiere una excelente resistencia al desgaste y baja fricción para aplicaciones como engranajes, cojinetes y soportes de deslizamiento.
Los grados con un 30% de fibra de vidrio presentan una mayor rigidez, resistencia mecánica y a la plastodeformación.
Es un material que presenta una excelente estabilidad dimensional hasta los 250ºC (competitivo ya con aplicaciones de metales ligeros como aleaciones de aluminio).
El PTFE (PolyTetraFuoroEthylene) y FEP (Flourinated Ethylene Propylene), ambos comercializados bajo el nombre comercial Teflón son plásticos semirígidos, translúcidos con características excepcionales de baja fricción y desgaste.
El PTFE es un polímero similar al polietileno en el que los átomos de hidrógeno han sido sustituidos por átomos de flúor.
La principal propiedad de este material es que es prácticamente inerte, no reacciona con otras sustancias químicas excepto en situaciones muy especiales. Esto se debe a la protección de los átomos de flúor sobre la cadena de carbono.
Son antihongos y antibacterias y tienen una alta estabilidad térmica (entre -160ºC y 260ºC). También tienen buena resistencia a la intemperie y buenas propiedades eléctricas.
Uno de los primeros usos conocidos de este material fue en el proyecto manhattan (desarrollo de la bomba atómica) como recubrimiento de válvulas y como sellador de tubos que contenían hexafluoruro de uranio, altamente reactivo.
Entre sus múltiples usos podemos citar: recubrimientos en aeronáutica y astronáutica, elementos mecánicos articulados, prótesis, revestimiento de cables y dieléctrico en condensadores, recubrimiento antiadherente en utensilios de cocina, etc.
Por su alto coste que restringe su uso directo, se utiliza ampliamente como aditivo para mejorar las propiedades de fricción de otros plásticos de ingeniería como el POM, por ejemplo.
El PPS (PolyPhenyleneSulfide) es un termoplástico rígido y opaco con excepcionales resistencia térmica, química e ignífugo.
Su resistencia térmica y buenas propiedades dieléctricas favorecen su utilización en componentes eléctricos como reemplazo de termoestables o metales.
Es capaz de aceptar el metalizado al vacío sin necesidad de aplicación previa de pintura, como en otros plásticos y puede resistir las altas temperaturas de los reflectores de lámparas (hasta 250°C en continuo).
Lubricado con PTFE presenta buenas propiedades de lubricidad y fricción.
Su rigidez y resistencia se incrementan con la adición de fibras de vidrio o, más aún, de fibras de carbono.
Sus propiedades lo hacen muy utilizado en utensilios de cocina, equipamiento de laboratorio esterilizable, rejillas de secadores de pelo, componentes de automoción como válvulas EGR, carcazas de termostatos, bombas de refrigerante, placas de ignición y pistones del ABS/ESP. En electricidad se utiliza para portalámparas, fusibles, conectores y microinterruptores, entre otras aplicaciones.
Las propiedades destacables de la PPA (PolyPhthalamide) incluyen una resistencia térmica excepcional (reemplazo de metales), baja absorción de humedad y excelentes propiedades de fricción debido a su alta cristalinidad.
Comparada con la PA 6,6 es mas resistente, rígida, menos sensible a la humedad y más resistente a elevadas temperaturas.
Los componentes de PPA reforzada con fibras de vidrio son resistentes a temperaturas de hasta 280ºC con bajo coeficiente de fricción y resistencia a la abrasión.
Es un material con mayor rigidez y dureza que el PPS y el PEEK.
En automoción de utilizan en componentes de sistemas de tratamiento de gases de escape como racores de conexión del sistema de inyección de solución de urea (AdBlue) para la reducción de óxidos de nitrógeno (NOx). En electrónica se utiliza en componentes de equipos para funcionamiento en ambientes hostiles de elevadas temperaturas. En la construcción para componentes expuestos al calor y vapor así como en equipos de soldadura. En alimentación en componentes de maquinaria de procesamiento relacionados con funciones a altas temperaturas. En electrodomésticos se utiliza en componentes de puertas y forzadores de aire de hornos y freidoras de aire caliente.
Son una clase relativamente única de poliésteres aromáticos parcialmente cristalinos, capaces de formar regiones de estructura altamente ordenada mientras están en fase líquida. Sin embargo, este orden es algo inferior al de un cristal sólido normal.
Típicamente los LCP tienen propiedades mecánicas excepcionales a alta temperatura, excelente resistencia química, son inherentemente no inflamables y presentan buena resistencia a los agentes ambientales.
Se presentan en varias formas, desde sinterizables a alta temperatura hasta compuestos moldeables por inyección.
Aunque los primeros LCPs fueron desarrollados en los 1970s su introducción comercial no fue sino hasta 1984, aunque aún no podían inyectarse. Los LCP actuales pueden procesarse en masa en equipos convencionales a alta velocidad y con excelente replicación de los detalles de la cavidad y utilización eficiente del reciclado mecánico.
En la última década del siglo pasado, las aplicaciones principales de los LCP (Liquid Crystal Polymer) fueron componentes de placas de circuitos impresos de los dispositivos electrónicos de altas prestaciones como TVs y Ordenadores (zócalos de procesadores, memorias y placas de expansión, por ejemplo). A principios de este siglo, la demanda se canalizó hacia la fabricación de componentes de móviles y después de la pandemia el crecimiento de su aplicación es en equipos de telecomunicaciones de alta velocidad, como servidores y antenas de 5G.
Los PEK (Polyetherketones) son polímeros cuya cadena molecular contiene unidades funcionales alternas de éter y cetona. Son una familia importante de termoplásticos de altas prestaciones que presentan una combinación única de resistencia al impacto (tenacidad), rigidez, estabilidad termo oxidativa, resistencia química, resistencia al fuego y retención de estas propiedades a elevadas temperaturas.
El más común de estos materiales para altas temperaturas es el PEEK (Polyetheretherkenone). Otros tipos son PEKK (Polietercetonacetona), PEEKK (Polieteretrecetonacetona) y Poliariletercetonas (PAEK).
En aplicaciones aeroespaciales se utilizan en aletas aerodinámicas, dispositivos hipersustentadores (flaps y slats), tapas de inspección de depósitos de combustible en las alas, componentes de motores y de asientos, entre otros. En maquinaria y automoción se aplican a jaulas de rodamientos de altas prestaciones, engranajes, sellos de alta temperatura, retensores de muelles de válvulas, e impulsores de bombas centrífugas. En electrónica se utilizan en aislación de cables y conductores para elevadas temperaturas, placas de circuito impreso flexibles, producción de semiconductores y conectores marinos. En equipamiento medico se hallan en endoscopios, prótesis de caderas, y otras aplicaciones quirúrgicas.
Con esto acabamos esta serie de artículos sobre los principales plásticos, sus características distintivas y principales aplicaciones. En próximos artículos, hablaremos de los principales elastómeros termoplásticos que tenemos a disposición, bien sea para producir piezas monomaterial o como componentes flexibles en piezas bimaterial (una de nuestras especialidades).
