7 materiales de refuerzo para mejorar la resistencia al desgaste de los plásticos
La resistencia al desgaste es un indicador importante que determina el campo de aplicación y la vida útil de los plásticos. Para reducir la fricción y el desgaste de los plásticos, se puede optar por añadir sustancias lubricantes o sustancias reforzantes.
El aceite lubricante presenta muchas desventajas. Con el tiempo, la grasa se degrada, además requiere un mantenimiento frecuente y es fácil que acumule polvo y residuos y contamine las piezas internas.
Por ello, añadir materiales reforzantes para aumentar la resistencia al desgaste y las propiedades autolubricantes de los plásticos se ha convertido en la mejor opción.
Los aditivos y materiales reforzantes más comunes son: politetrafluoroetileno (PTFE), disulfuro de molibdeno, polietileno de ultra alto peso molecular, silicio, grafito, fibra de vidrio, fibra de carbono, fibra de aramida, etc.
1. Politetrafluoroetileno (PTFE, Teflón)
El politetrafluoroetileno (PTFE), conocido comúnmente como Teflón, fue inventado por DuPont en 1938.
El PTFE apenas se adhiere a ninguna sustancia y, al mismo tiempo, posee propiedades autolubricantes, por lo que suele utilizarse como recubrimiento antiadherente. El recubrimiento antiadherente es una aplicación clásica del PTFE.
El polvo de PTFE se utiliza especialmente como aditivo. Tiene el coeficiente de fricción más bajo entre todos los aditivos antidesgaste. Durante el proceso de fricción, el polvo de PTFE forma una película lubricante sobre la superficie de la pieza. Es el mejor aditivo antidesgaste en aplicaciones de alta carga. La cantidad más adecuada de PTFE añadido es de 15% de PTFE para plásticos no cristalinos y de 20% de PTFE para plásticos cristalinos.
El polvo de PTFE puede utilizarse en plásticos de ingeniería, recubrimientos, tintas, pinturas, lubricantes, películas, caucho, etc., para mejorar el rendimiento del material principal, como por ejemplo:
1. Resistencia al desgaste, a la fricción y a los arañazos
2. Facilidad de limpieza
3. Propiedades antiadherentes
4. Rendimiento de lubricación (utilizado para la modificación de plásticos de ingeniería)
5. Rendimiento antifricción y antidesgaste
2. Disulfuro de molibdeno
El disulfuro de molibdeno (MoS2) es un polvo negro con brillo metálico y tacto resbaladizo. El disulfuro de molibdeno es un lubricante sólido importante, especialmente adecuado para altas temperaturas y altas presiones, y se le conoce como el “rey de los lubricantes sólidos avanzados”. En el campo de los plásticos de ingeniería, se utiliza principalmente como aditivo resistente al desgaste para plásticos de nailon.
3. Grafito
La estructura química del grafito es una estructura reticular única. Esta estructura química única hace que las moléculas de grafito se deslicen fácilmente unas sobre otras con poca fricción. Esta resistencia a la abrasión es especialmente importante en entornos con agua. Esta característica hace del grafito un aditivo resistente a la abrasión ideal para muchas aplicaciones sumergidas en agua, como carcasas de pavimentación hidráulica, impulsores y sellos de válvulas.
4. Polisiloxano
El fluido de polisiloxano es un aditivo resistente al desgaste migratorio. Cuando se añade a termoplásticos, el aditivo migra lentamente hacia la superficie de la pieza y forma una película continua. Los polisiloxanos tienen una amplia gama de viscosidad. La viscosidad del polisiloxano es extremadamente baja, y se desplaza hacia la superficie de la pieza rápidamente y en estado fluido para proporcionar resistencia a la abrasión. Si la viscosidad del polisiloxano es demasiado baja, será más volátil y desaparecerá rápidamente de la pieza.
5. Fibra de vidrio
La fibra de vidrio es un material inorgánico no metálico, fabricado principalmente a partir de sílice, con un diámetro de unos pocos micrómetros hasta más de 20 micrómetros. Tiene las ventajas de un buen aislamiento, una fuerte resistencia al calor, una buena resistencia a la corrosión y una alta resistencia mecánica. A menudo se utiliza como material de refuerzo para plásticos.
Aunque las fibras de vidrio son intrínsecamente frágiles y tienen una baja resistencia al desgaste, si se utilizan para reforzar plásticos, las fibras de vidrio pueden proporcionar la función de una fuerte unión mecánica entre polímeros, por lo que las fibras de vidrio pueden aumentar la integridad de la estructura termoplástica y mejorar la resistencia al desgaste.
Los plásticos reforzados con fibra de vidrio pueden aplicarse a diversas piezas mecánicas como: bombas de agua, válvulas de agua, cojinetes, casquillos, engranajes, soportes, rodillos, etc.
6. Fibra de carbono
La fibra de carbono se fabrica a partir de hilo de viscosa, fibra de poliacrilonitrilo e hilo de brea como materias primas y se carboniza a 300~1000 ℃.
Al igual que en el caso de la fibra de vidrio, la fibra de carbono puede mejorar enormemente la integridad de la estructura, la resistencia a la abrasión y la capacidad de soportar carga y velocidad de abrasión. A diferencia de la fibra de vidrio, la fibra de carbono es una fibra más suave y menos abrasiva. La fibra de carbono no rayará la superficie de fricción del hierro o acero con el que roza.
Aprovechando las propiedades autolubricantes de la fibra de carbono, el plástico reforzado con fibra de carbono puede utilizarse para cojinetes, engranajes y anillos de pistón de uso especial. Como cojinetes lubricados sin aceite para instrumentos de aviación y grabadoras de cinta, engranajes lubricados sin aceite para locomotoras diésel de accionamiento eléctrico (para evitar accidentes causados por fugas de aceite) y anillos de pistón lubricados sin aceite en compresores.
7. Fibra de poliamida aromática (aramida)
La fibra de aramida, conocida comúnmente como aramida, ha sido desarrollada con éxito por DuPont en Estados Unidos desde la década de 1960. Es un nuevo tipo de fibra sintética de alta tecnología con una resistencia súper alta, alto módulo, resistencia a altas temperaturas, resistencia a ácidos y álcalis, ligereza y otras propiedades excelentes. Su resistencia es de 5 a 6 veces la del alambre de acero.
La fibra de aramida también es uno de los aditivos resistentes al desgaste. En comparación con la fibra de vidrio y la fibra de carbono, es la fibra más suave y la que menos araña. Esta característica es la principal ventaja de la fibra de aramida en aplicaciones resistentes al desgaste, especialmente la fibra resistente a los arañazos en la superficie de las piezas acopladas.