Metal replacement - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

El descubrimiento del hule y la síntesis de plásticos artificiales dieron un vuelco a la naturaleza de los materiales que rodean a la humanidad. En virtud de su versatilidad y características, los plásticos han remplazado rápidamente a otros materiales como madera, cerámicos, algodón, cuero, vidrio, papel y metales, en muchas aplicaciones, entre las que se encuentran empaques, electrónica, ingeniería, plomería, automotriz, telecomunicación, industrial, construcción, agricultura, artículos deportivos, electrodomésticos y consumibles para el hogar. Hoy, los materiales plásticos son importantes satisfactores de necesidades en cualquier sociedad. En los países desarrollados, cada habitante cuenta en promedio con 100 kg de plástico. En México esta cifra ya supera los 15 kg, y su influencia abarca sectores industriales de gran importancia. La sustitución de piezas metálicas por plásticas ha ido en aumento en muchos sectores y aplicaciones, desde empresas que se dedican a la investigación, síntesis y mejoras de los plásticos (commodities, de ingeniería y de alto rendimiento) hasta compañías que rediseñan la pieza, el molde y el proceso, eligen la resma con las propiedades adecuadas para el reemplazo, moldean la pieza, la ensamblan o la comercializan. Se han desarrollado materiales plásticos con características especiales con el fin de sustituir metales en aplicaciones automotrices como los componentes de los sistemas de dirección, suspensión, eléctrico y control de potencia. Partes automotrices como contenedores de aceite de motor, cubierta de motor, bombas de agua y aceite, carcasas y componentes de los sistemas de transmisión y combustible. Consumibles como partes de teléfonos móviles y laptops. Aplicaciones militares, y accesorios para deportes tales como los componentes de bicicleta, carretes de pesca, palos de golf y ruedas. Como áreas definidas de aumento en los consumos de materiales plásticos para la sustitución de piezas de metal tendremos a:

Una de las áreas donde la sustitución ha tomado mas fuerza es la automotriz, debido a que esta sustitución tiene como ventajas principales la reducción del peso y costo de la pieza, lo que contribuye de cierta manera a disminuir el costo total de un producto final, sin la necesidad de una perdida en la calidad, propiedades y aspecto del producto final o de la pieza misma. Otra gran ventaja de los plásticos es que pueden ser combinados o formulados con aditivos, pigmentos y otros materiales (madera y nanopartículas), para mejor sus propiedades mecánicas, químicas, fisicas y superficiales.

El uso de materiales plásticos en sustitución de metales es atractivo debido a tres factores principalmente: su versatilidad y facilidad de producción y a la reducción en peso que presentan las piezas plásticas, lo cual lleva a una reducción de costos. Algunas ventajas adicionales que presentan los plásticos en comparación con los metales son su resistencia a la corrosión, reducción al desgaste, una buena resistencia al impacto y no necesitan lubricación. El reemplazo de metal por plástico ha impulsado el crecimiento de la industria de moldeado en todo el mundo. Hoy en día las sustituciones más evidentes y más fáciles ya se han hecho, por lo que el reto en el campo de la sustitución es desarrollar o mejorar plásticos con características similares a los metales utilizados en las aplicaciones en las que no se ha llevado a cabo la sustitución. Los metales que han sido sustituidos son plomo, estaño, cobre, zinc, diversos tipos acero, hierro, aluminio y algunas aleaciones de magnesio, zinc/aluminio, berilio/cobre y latón. En su lugar se utilizan plásticos de uso común o commodities, que son los polímeros básicos, de gran volumen de consumo y de precio bajo, mas de 70% de la producción mundial y mexicana de plásticos corresponde a estos plásticos (PB, PP, ABS, PVC, EVA y HIPS), plásticos de ingeniería (PBT, PET, POM, PA, TPEs y PC), son materiales procesables que pueden ser transformados en productos de dimensiones precisas y estables, con propiedades mecánicas altas aun a temperaturas superiores al 100°C, resistencia tensil por arriba de los 40 MPa y con una relación (bajo volumen de producción / alto precio) que los diferencia de la correspondiente a los commodities. Estos materiales compiten en propiedades y mercado principalmente con metales como el aluminio, acero rolado en frío, magnesio, zinc y latón. Entre sus principales usos se encuentran en las áreas de electricidad, electrónica, transporte y maquinaria industrial. Los plásticos de especialidad o alto desempeño (PPA, PPS, PEEK, PEI, PSO, PPE, PAT y PI) poseen propiedades especiales superficiales, eléctricas, mecánicas, térmicas y ópticas, tiene una relación (producción/alto costo) inferior a los plásticos de ingeniería antes mencionados. Se utilizan también algunos elastómeros como el neopreno y el butadieno, además de algunos elastómeros termoplásticos como el de poliuretano (TPU) y de estireno (TES). Desde hace algunos años se utilizan también plásticos reforzados con fibras ya sean de vidrio o carbono, compuestos de madera-plástico (WPC), compuestos de alta densidad y más recientemente polímeros reforzados con nanocompuestos, como nanocristales metálicos y nanoarcillas. Los plásticos son tal vez los materiales más versátiles que conocemos. Estos materiales sintéticos, pueden ser hechos con características específicas para satisfacer los requisitos de rendimiento sobre su uso final. Pueden formularse de diversas formas, agregándoles aditivos, reforzantes o rellenos, o combinarlos entre ellos para mejorar o modificar las propiedades del polímero. Algunas de las principales ventajas de los plásticos son que pueden reciclarse, reprocesarse, algunos son amigables con el medio ambiente, requieren poca energía para su procesamiento, conversión en un producto final y reciclado en comparación con otros materiales, son fáciles de manipular y pueden ser procesados con estrictas tolerancias dimensiónales y tiene una amplia disponibilidad.