1 Propiedades mecánicas
Al ajustar la proporción de segmentos blandos a duros, la dureza de los elastómeros de poliéter-éster se puede variar en un amplio rango (Shore D 32–82); su elasticidad y resistencia se sitúan entre las del caucho y los plásticos. En comparación con otros elastómeros termoplásticos (TPE), los elastómeros de poliéter-éster exhiben un módulo más alto en condiciones de baja-deformación que otros TPE de dureza equivalente. Cuando el módulo es un parámetro de diseño crítico, el uso de elastómeros de poliéter-éster permite una reducción en el área de la sección transversal-del producto terminado, minimizando así el consumo de material.
Los elastómeros de poliéter-éster poseen una resistencia a la tracción excepcionalmente alta. En comparación con los poliuretanos termoplásticos (TPU), los elastómeros de poliéter-éster exhiben módulos de compresión y tracción significativamente más altos; en consecuencia, al fabricar un componente idéntico utilizando elastómero de poliéter-éster y TPU de la misma dureza, el primero es capaz de soportar cargas más pesadas. A temperaturas superiores a la ambiente, los elastómeros de poliéter-éster mantienen un módulo de flexión alto, pero-a diferencia de los TPU-, no se vuelven excesivamente rígidos a bajas temperaturas. Esto los hace particularmente-adecuados para la fabricación de vigas en voladizo o componentes de soporte de torsión-y especialmente ideales para aplicaciones que involucran entornos de alta-temperatura. Los elastómeros de poliéter-éster demuestran una excelente flexibilidad a baja-temperatura; su resistencia al impacto con muescas a bajas temperaturas supera la de otros TPE, mientras que su resistencia a la abrasión es comparable a la de los TPU. En condiciones de baja-deformación, los elastómeros de poliéter-éster exhiben una resistencia superior a la fatiga y una pérdida mínima de histéresis. Esta característica, combinada con su alta elasticidad, hace que el material sea una opción ideal para aplicaciones que implican cargas cíclicas repetitivas, como engranajes, rodillos, acoplamientos flexibles y correas.
2 propiedades térmicas
A menos que se estabilicen con antioxidantes, los elastómeros termoplásticos de poliéter-éster se degradan rápidamente en diversas condiciones-incluida la exposición a agua nebulizada, ozono y ambientes atmosféricos exteriores. Esta degradación da como resultado una reducción de la viscosidad y del peso molecular relativo, una disminución del alargamiento de rotura del material y un deterioro de su tasa de recuperación elástica instantánea. Esta reacción de degradación en los ésteres-de poliéter se produce a través de un mecanismo de radicales-libres, probablemente iniciado por un ataque oxidativo a los átomos de carbono adyacentes a los átomos de oxígeno del éter dentro de la cadena principal del polímero. Durante la escisión de la cadena se genera formaldehído; Este formaldehído se oxida posteriormente a ácido fórmico, que a su vez cataliza una mayor escisión de la cadena. Para mejorar la resistencia de los elastómeros de poliéter éster a la degradación oxidativa, se deben emplear métodos de estabilización apropiados; el sistema estabilizador añadido debería comprender eliminadores de radicales libres, descomponedores de peróxido y eliminadores de formaldehído.
Los elastómeros de poliéter éster exhiben una excelente estabilidad térmica; Generalmente, cuanto mayor sea la dureza, mejor será la resistencia al calor. Los informes bibliográficos indican que cuando se someten a calentamiento continuo durante 10 horas a 110 grados y 140 grados, los elastómeros de poliéter éster prácticamente no experimentan pérdida de peso; Incluso después de calentar durante 10 horas a 160 grados y 180 grados, la pérdida de peso sigue siendo mínima:-solo 0,05 % y 0,1 %, respectivamente. Las curvas termogravimétricas isotérmicas revelan que los elastómeros de poliéter éster comienzan a perder peso a 250 grados, alcanzando una pérdida de peso acumulada del 5% a 300 grados, con una pérdida de peso significativa más allá de los 400 grados. En consecuencia, los elastómeros de poliéter éster poseen una temperatura máxima de servicio muy alta-con límites aún más altos para-exposición a corto plazo-y son capaces de soportar las temperaturas de horneado de la pintura-(150 a 160 grados) que normalmente se encuentran en las líneas de producción de automóviles. Además, exhiben una pérdida mínima de propiedades mecánicas en temperaturas extremas tanto altas como bajas. Cuando se utilizan a temperaturas superiores a 120 grados, la resistencia a la tracción de los elastómeros de poliéter éster supera significativamente a la de los poliuretanos termoplásticos (TPU).
Además, los elastómeros de poliéter éster demuestran un excelente rendimiento a bajas-temperaturas. Su punto frágil cae por debajo de los -70 grados; Además, cuanto menor es la dureza, mayor es la resistencia al frío, lo que permite que la mayoría de los elastómeros de poliéter éster se utilicen de forma continua durante períodos prolongados a temperaturas tan bajas como -40 grados. Debido al rendimiento equilibrado que exhiben los elastómeros de poliéter éster en rangos de temperatura alta y baja, poseen una ventana de temperatura de funcionamiento excepcionalmente amplia, capaz de funcionar eficazmente dentro del rango de -70 grados a 200 grados.
3. Resistencia a los medios químicos
Los elastómeros de poliéter éster poseen una excelente resistencia al aceite y, a temperatura ambiente, pueden resistir la mayoría de los medios químicos líquidos polares (como ácidos, bases, aminas y compuestos de glicol). Sin embargo, son susceptibles a los efectos de los hidrocarburos halogenados (a excepción de los freones) y los compuestos fenólicos. Generalmente, su resistencia química mejora en proporción directa al aumento de la dureza. Los elastómeros de poliéter éster exhiben una sólida resistencia al hinchamiento y la permeación cuando se exponen a la mayoría de los disolventes, combustibles y gases orgánicos; específicamente, su permeabilidad al combustible es apenas de un-tercio a-tres-la de los cauchos convencionales resistentes al aceite-, como el neopreno, el polietileno clorosulfonado y el caucho de nitrilo. Sin embargo, los elastómeros de poliéter éster exhiben una resistencia relativamente pobre al agua caliente; la adición de estabilizadores de policarbodiimida puede mejorar significativamente su resistencia a la hidrólisis. Se ha informado que la introducción de PEN o PCT en los segmentos duros de PBT dentro de las cadenas moleculares de elastómeros de poliéter éster produce materiales con resistencia superior al agua y al calor.
4. Resistencia a la intemperie y al envejecimiento
Los elastómeros de poliéter éster demuestran una excelente estabilidad química en una amplia variedad de condiciones, incluida la exposición a agua nebulizada, ozono y envejecimiento atmosférico al aire libre. Como ocurre con la mayoría de los TPE, la degradación se produce bajo la influencia de la luz ultravioleta (UV). Se pueden emplear aditivos protectores-incluidos negro de humo, diversos pigmentos y otros materiales protectores-para mitigar este efecto. El uso sinérgico de antioxidantes fenólicos y absorbentes de rayos UV de tipo benzotriazol- resulta particularmente eficaz para brindar protección contra el envejecimiento inducido por los rayos UV-.
La oxidación inducida por la luz y el calor constituye los dos factores principales que impulsan la degradación y el envejecimiento de los elastómeros de poliéter éster. Los copoliésteres PEG-PBT, en particular, exhiben poca resistencia tanto al calor como a la luz, lo que los hace altamente susceptibles a una severa degradación térmica-oxidativa y foto-oxidativa. Las temperaturas elevadas aceleran este proceso de degradación. A medida que avanza el envejecimiento y disminuye el peso molecular, el alargamiento de rotura del material disminuye y su tasa de recuperación elástica instantánea se deteriora.
Además, los elastómeros de polieteréster presentan diversos grados de susceptibilidad a la hidrólisis. Cuando se exponen al agua, estos elastómeros sufren-reacciones de reticulación, lo que da como resultado una mayor formación de sustancias parecidas a gel-. La susceptibilidad inherente de los copoliésteres PEG-PBT a la degradación hidrolítica es precisamente la propiedad que se aprovecha cuando se utilizan como andamios de biomateriales para su implantación en el cuerpo humano. En entornos acuosos, los copoliésteres de PEG-PBT se degradan mediante un mecanismo hidrolítico: las moléculas de agua atacan los enlaces éster situados entre los segmentos de PEG y PBT, provocando que las cadenas de polímero se escindan. Los productos de degradación resultantes consisten en fragmentos de PEG y PBT de bajo-peso molecular-. La velocidad de degradación está influenciada por varios factores-incluida la composición, la temperatura, el nivel de pH y la actividad enzimática-con un mayor contenido de PEG, temperaturas y valores de pH que generalmente conducen a tasas de degradación más rápidas. Al ajustar con precisión las proporciones relativas de los dos componentes constituyentes, la tasa de degradación se puede adaptar para cumplir con los requisitos específicos de diversas aplicaciones.
5. Alta resiliencia
Cuando se utilizan materiales TPEE en la fabricación de resortes, confieren una vida útil excepcionalmente larga a los componentes. Esta capacidad facilita un funcionamiento fluido y estable en aplicaciones como sistemas ferroviarios, lo que permite a los trenes ejecutar maniobras-incluido arrancar, acelerar, desacelerar y detenerse-con notable fluidez. A diferencia de los resortes metálicos, no se oxida, no se deteriora en condiciones ambientales naturales ni sufre fracturas elásticas o pérdida de elasticidad. Además, en comparación con los materiales de caucho, ofrece una reutilización superior manteniendo una excelente elasticidad.
6. Procesamiento y moldeabilidad
TPEE posee una excelente estabilidad en estado fundido y una amplia termoplasticidad, lo que resulta en una excelente procesabilidad. Se puede procesar utilizando una variedad de técnicas de procesamiento termoplástico, como extrusión, moldeo por inyección, moldeo por soplado, moldeo rotacional y fundición por fusión. A velocidades de corte bajas, la viscosidad en estado fundido del TPEE es relativamente insensible a los cambios en la velocidad de corte; sin embargo, a altas velocidades de corte, la viscosidad de la masa fundida disminuye a medida que aumenta la velocidad de corte. Dado que los fundidos de TPEE son muy sensibles a la temperatura-y la viscosidad del fundido varía en un factor de varias a varias docenas de veces dentro de un rango de fluctuación de temperatura de solo 10 grados -la temperatura debe controlarse estrictamente durante el proceso de moldeo.
Para garantizar que el contenido de humedad de la resina se mantenga por debajo del 0,1 %, es necesario pre-secar el material con un secador de aire caliente-(a 80-120 grados durante 6-8 horas) antes del procesamiento.
1. Moldeo por extrusión
Utilizando extrusoras de plástico estándar, el TPEE se puede extruir en diversas formas, como láminas, tubos, varillas y revestimientos de alambre. Por lo general, se emplea un diseño de tornillo de propósito general-, de profundización gradual, que presenta una relación de longitud-a-diámetro (L/D) mayor o igual a 24:1 y una relación de compresión de (2,7–4):1.
2. Moldeo por inyección
Las técnicas de moldeo por inyección permiten la producción de artículos en una amplia variedad de formas y tamaños. Para esta aplicación se prefieren las máquinas de inyección de tornillo alternativo-, ya que producen una masa fundida con una distribución de temperatura muy uniforme y constante. La profundidad del canal del tornillo debe seguir un perfil gradual; Se recomienda una relación de compresión de 3,0 a 3,5, junto con una relación L/D de tornillo de (18 a 24):1. Las presiones de inyección suelen oscilar entre 80 y 120 MPa, utilizando una velocidad de inyección de lenta-a-media.
3. Moldeo por soplado
Las aplicaciones de moldeo por soplado requieren resinas que exhiban una alta viscosidad y resistencia al fundido. Al aplicar técnicas de extensión de cadenas químicas-durante la extrusión de polímeros-específicamente incorporando segmentos funcionales especiales en las cadenas moleculares de TPEE-es posible producir grados de TPEE de alta-viscosidad capaces de cumplir con los requisitos para el moldeo por soplado de componentes grandes y especializados (como conductos de entrada de aire de motores).
4. Otros procesos de moldeo
TPEE también es adecuado para procesos como el moldeo rotacional y la fundición por fusión. Por ejemplo, el moldeo rotacional se puede utilizar para fabricar artículos como pelotas y neumáticos pequeños sin cámara. La fundición por fusión, por otro lado, ofrece las ventajas de bajos costos de procesamiento y excelente estabilidad dimensional en los productos terminados.
