Evaluación de las opciones de plástico resistente a los rayos UV
He aquí una gama de materiales duraderos a tener en cuenta para una alta resistencia a los rayos UV en las piezas de plástico
Todo el mundo sabe que debe aplicarse protección solar cuando está tumbado en la playa o pasa una tarde de sábado de pesca. Esto se debe a que los rayos ultravioleta (UV) del sol pueden causar estragos en la piel desprotegida, provocando una dolorosa quemadura solar o algo peor. Los polímeros sufren daños similares a causa de la radiación UV, aunque de forma más lenta y mucho menos dramática que los humanos.
Por ejemplo, la luz solar provoca el amarillamiento y el llamado "caleo" o blanqueamiento. Sin embargo, esta decoloración es más que cosmética. La fotodegradación también puede reducir la resistencia a la tracción y al impacto, lo que hace que los plásticos sean frágiles, propensos a agrietarse y susceptibles de sufrir deformaciones permanentes ante las fuerzas mecánicas.
Si se suma todo esto, se verá rápidamente por qué es imperativo elegir el material adecuado cuando se diseñan productos moldeados que van a pasar mucho tiempo en el exterior. Afortunadamente, hay un buen número de estos materiales resistentes a los rayos UV, todos ellos candidatos a ser moldeados por inyección de plástico, mecanizados o impresos en 3D. E incluso en el caso de los plásticos que no se consideran resistentes a los rayos UV, a menudo existen aditivos que ayudan a que el material sea menos propenso a la fotodegradación.
Sin ningún orden en particular, aquí están los siete principales polímeros resistentes a los rayos UV, junto con algunos ejemplos típicos de aplicación.
Policarbonato (PC)
Un polímero resistente a los rayos UV que puede imprimirse en 3D (y mecanizarse o moldearse por inyección de plástico) es el policarbonato (PC). Sin embargo, los proveedores de materiales se apresuran a señalar que la resina utilizada en las impresoras 3D de estereolitografía (SLA) es "similar al policarbonato" y no un verdadero policarbonato. No importa, las propiedades son bastante similares y, desde el punto de vista del diseño, ambos son esencialmente intercambiables. El PC es transparente como el vidrio (casi), pero mucho más resistente a los impactos, aproximadamente 200 veces más fuerte, de hecho. También tolera temperaturas extremas, lo que lo convierte en una buena opción para productos que se utilizan regularmente en el exterior, como gafas y protectores faciales, ventanas para equipos pesados, contenedores transparentes, etc., por no hablar de los contenedores utilizados en aplicaciones médicas. Sin embargo, hay que tener en cuenta que el policarbonato es uno de los polímeros resistentes a los rayos UV más caros.
PMMA, acrílico o plexiglás
Más conocido como acrílico o plexiglás, el polimetilmetacrilato (PMMA) es una alternativa más barata pero más dura que el PC. No es tan resistente y, de hecho, es un poco quebradizo, pero presenta una mayor claridad óptica y resistencia a los arañazos que el PC. Además, el acrílico pesa aproximadamente la mitad que el vidrio y es mucho más resistente. Disponible en un arco iris de colores (para el moldeo por inyección) y con una temperatura de servicio continua de 65° C, es habitual ver el PMMA en la señalización exterior, los expositores comerciales y los paneles decorativos. Protolabs no fabrica carteles, pero sí mecaniza y moldea habitualmente este material resistente a los rayos UV para clientes de la industria óptica y científica.
PTFE (teflón)
Casi seguro que conoce el politetrafluoroetileno (PTFE) por su nombre comercial Teflon, el material de los utensilios de cocina y otras superficies antiadherentes. Este conocido fluoropolímero cuenta con uno de los coeficientes de fricción más bajos que existen y, aunque su resistencia mecánica no se acerca a la de la mayoría de los polímeros de ingeniería, sigue siendo funcional a temperaturas extremas mucho mayores (de -200°C a 260°C). Además, el PTFE es un excelente aislante eléctrico, es flexible y resistente a la fatiga, y es conocido por su inercia química. Es uno de los favoritos de los desarrolladores de productos médicos, que lo utilizan para fabricar parches para el corazón, sustituciones de ligamentos e injertos cardiovasculares. Los científicos revisten con PTFE los recipientes de reacción y otros equipos de laboratorio, mientras que los fabricantes de automóviles lo utilizan en las juntas de los vástagos de las válvulas, los revestimientos de los rodamientos y las juntas de culata. En este momento, limitamos las piezas de PTFE a nuestro servicio de mecanizado, aunque, como verá, hay varias alternativas resistentes a los rayos UV que también son adecuadas para el moldeo por inyección de plástico.
POM, acetal o delrin
Una de ellas es el polioximetileno (POM), también conocido como acetal, Delrin, Celcon y otros nombres muy conocidos pero a menudo registrados. Como muchos polímeros, el POM está disponible con varios "rellenos" para aumentar la resistencia al desgaste, la resistencia a la fatiga o las propiedades eléctricas, pero incluso sin estos aditivos, es muy resistente. Ofrece un bajo coeficiente de fricción y es resistente al calor, al desgaste y a los rayos ultravioleta, por lo que tiene un amplio uso en la automoción y otras aplicaciones exteriores. Pero debido a la sensibilidad del POM a algunos ácidos y al cloro, hay que tener cuidado al utilizarlo en determinados entornos químicos.
PEI o Ultem
Lo mismo ocurre con la polieterimida (PEI), o Ultem. Como su nombre indica, el PEI es un plástico excepcionalmente resistente a la luz solar, las llamas, las altas temperaturas y una serie de productos químicos. También es un excelente aislante eléctrico (es decir, tiene una alta resistencia dieléctrica). También en este caso, hay varios rellenos disponibles para mejorar aún más las ya admirables cualidades del PEI. También puede fabricarse en versiones transparentes o translúcidas. Dado que soporta la exposición repetida a corto plazo al agua caliente y al vapor, el Ultem se utiliza ampliamente en autoclaves y en el instrumental médico que se introduce en ellos. Los fabricantes de automóviles lo utilizan para los reflectores de los faros y los escudos térmicos, los proveedores de productos electrónicos emplean el PEI en los conectores, las cajas y los soportes de montaje, mientras que los fabricantes del sector aeroespacial utilizan el PEI en todo tipo de productos, desde las válvulas de combustible y las piezas del motor hasta las bandejas de alimentos y los volantes. En pocas palabras, el PEI es el material de elección para una gran variedad de componentes mecanizados y moldeados por inyección.
PPS
Por último, pero no por ello menos importante, el sulfuro de polifenileno (PPS) es un producto resistente a los rayos UV. Al igual que el Ultem (PEI) y, en menor medida, el Delrin (POM), el PPS es un polímero muy útil para la ingeniería. También es resistente a la llama, a los productos químicos, a la electricidad y al calor. Puede ser un poco quebradizo, pero por lo demás se considera fuerte y duradero (especialmente cuando se le añade un poco de relleno de vidrio). Por ello, se utiliza ampliamente en las industrias aeroespacial, automovilística y médica. En Protolabs, disponemos de materiales de PPS de Ryton o Fortron, donde es uno de los favoritos entre quienes buscan piezas robustas moldeadas por inyección.
¿No ha encontrado el material que buscaba? No hay problema. Es importante señalar que los fabricantes pueden conseguir la resistencia a los rayos UV de otras maneras. Como ya se ha dicho, muchos polímeros que de otro modo serían expulsados del club de los amantes de la luz solar pueden hacerse más resistentes a la radiación mediante un poco de relleno de vidrio, fibra o metal. También es posible evitar la fotodegradación a través de medios mecánicos; por ejemplo, las tuberías de PVC y CPVC que se utilizan al aire libre suelen estar envueltas o pintadas con un revestimiento resistente a los rayos UV, una solución sencilla pero conveniente.
Por último, los diseñadores de piezas deben preguntarse cuánto tiempo se espera que el producto soporte la radiación UV. A diferencia de las quemaduras de sol en la playa, la fotodegradación es un proceso lento. Supongamos que las piezas sólo van a estar expuestas al medio ambiente durante unos meses o incluso uno o dos años: ¿importa realmente que se vuelvan un poco amarillas, siempre que conserven las propiedades eléctricas, térmicas o mecánicas necesarias durante su vida útil prevista? Si desea explorar otros materiales o discutir alternativas para hacer que sus piezas sean más resistentes a los rayos UV, no se resista a ponerse en contacto con uno de nuestros ingenieros de aplicaciones en [email protected] o+44 (0) 1952 683047.