Reemplazo de metales - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

El conocimiento de los polímeros también juega un papel importante en términos de características generales, especificaciones de tratamiento previo y criterios de transformación, comportamiento de proceso y uso, aprovechando la colaboración ofrecida por los proveedores de los propios polímeros. El proyecto debe llevarse a cabo en fases sucesivas, para obtener una definición óptima, debe preverse una simulación de dinámica de fluidos, primero desde el punto de vista del producto y luego en vista del moldeo. Al seleccionar materiales, los ingenieros deben considerar que no pueden diseñar metales de la misma manera que diseñarían una pieza de plástico. Rara vez hay una comparación directa de manzanas con manzanas, lo que hace que sea crítico para los ingenieros usar diseños de plástico para piezas de plástico. Intentar hacer que un material plástico se ajuste a un diseño de metal sería como tratar de encajar una clavija cuadrada en un agujero redondo. Mexpolimeros tiene una amplia experiencia en la formulación de compuestos termoplásticos que pueden reemplazar metales comunes como el acero, la aleación de zinc y el aluminio; Al hacerlo, el peso de la pieza puede reducirse hasta en un 80% mientras se mantiene el rendimiento de la pieza y el cumplimiento normativo, y se reduce el costo general del sistema. Existen muchas ventajas al usar piezas y componentes plásticos sobre los metálicos. De hecho, las piezas de plástico a menudo se prefieren al metal porque:

Las propiedades de un material son de fundamental importancia en el diseño de los componentes. El diseñador debe encontrar correspondencia entre las necesidades de la aplicación y las propiedades del material para obtener un diseño de pieza óptimo. Es probable que los componentes terminados contengan elementos, como líneas de unión, bordes u otros, lo que reducirá la resistencia de la pieza. La resistencia también puede verse comprometida localmente por la orientación de las fibras, el grado relativo de cristalinidad y el historial térmico (recocido). Por lo tanto, es útil recurrir a pruebas en prototipos para verificar que el material sea adecuado para el artículo que se está desarrollando. En el caso de los materiales poliméricos, las propiedades mecánicas dependen en mayor medida del tiempo y la temperatura que los metales y, en cierto sentido, son más sensibles a los factores ambientales. A veces, el diseño con plásticos puede parecer más complicado que el uso de metales, pero las posibilidades en términos de variedad de productos, procesos de transformación y operaciones secundarias (soldadura, insertos, impresión, pintura, metalización) permitidas por los polímeros brindan a los diseñadores Libertad sin precedentes. Un diseñador podría verse tentado a hacer una pieza de polímero de alto rendimiento simplemente replicando las dimensiones de la pieza de metal sin aprovechar los beneficios que ofrece la versatilidad del material o la libertad de diseño. Sin embargo, este tipo de enfoque puede conducir a diseños ineficientes, piezas que son difíciles de producir o con un rendimiento inferior al óptimo. El uso de las ecuaciones clásicas de estrés y desviación podría proporcionar el punto de partida para diseñar un componente. Los cálculos de diseño mecánico en el caso de las resinas son similares a los utilizados para los tecnopolímeros. Sin embargo, como con todos los plásticos, el análisis debe reflejar la naturaleza viscoelástica del material. Además, las propiedades del material pueden variar con el grado de tensión, temperatura, ambiente químico u orientación de las fibras en el caso de polímeros cargados. Por lo tanto, el análisis debe tener en cuenta todas las condiciones de trabajo que tendrá que enfrentar la pieza. Por ejemplo, si las condiciones de uso prevén una carga prolongada durante un largo período de tiempo, entonces es aconsejable usar el módulo aparente o la fluencia en lugar del módulo elástico a corto plazo; Si la carga es cíclica y, a la larga, el factor limitante para la duración del proyecto será la resistencia al estrés.

Uno de los desafíos en el uso de termoplásticos para reemplazar metales es que muchas partes estructurales deben ser rígidas y ofrecer una alta resistencia al impacto. Estas propiedades estaban relacionadas indirectamente en los termoplásticos hasta hace unos 50 años, cuando se añadió fibra de vidrio al polímero. Esto ayudaría a transportar una carga sobre un área de superficie mayor y aumentaría la resistencia a la flexión, la rigidez, el módulo, la resistencia a la tracción y al impacto hasta en un 300% a 400%. A fines de 1979, los fabricantes de plásticos comenzaron a producir fibra larga con un proceso de estirado. Se pueden producir fibras de hasta 12 mm en forma de gránulos. Durante un proceso de moldeo por inyección, hay fuerzas de corte que rompen fibras largas. Pero las longitudes posteriores al proceso superiores a 8 mm son normales. La fibra larga aumenta la rigidez, la resistencia y las propiedades de desgaste. Las fibras más largas aumentaron la resistencia de los plásticos, haciéndolo más competitivo con el metal. Por ejemplo, el celazol es un polímero sin relleno de polibencimidazol (PBI); su resistencia a la tracción es de aproximadamente 20 ksi (138 MPa) según la prueba con ASTM D638. PBI  en un compuesto con un paño de fibra de vidrio que funciona bien para sujetadores de plástico, cuenta con una resistencia a la tracción de 45 ksi (310 MPa), bien los metales pueden lograr mayores resistencias (ver la tabla a continuación), los polímeros compuestos son competitivos y más fuertes que algunos grados de metales. El uso de diferentes fibras puede ayudar a mejorar las propiedades y ayudar a los polímeros a incursionar más en el mercado del metal. Al evaluar metal versus plástico, es clave que los ingenieros sean conscientes de cómo cambiar la resina, la fibra o cómo se usa la fibra (longitud, orientación, etc.) altera el procesamiento y la economía, así como las propiedades. Claro, mantener las longitudes el mayor tiempo posible puede aumentar la rigidez y la resistencia al impacto. Pero los ingenieros que no están familiarizados con el moldeo por inyección de vidrio largo pueden producir piezas insuficientes.