Plásticos con buenas propiedades mecánicas

En las aplicaciones en las que los componentes de plástico están diseñados para soportar esfuerzos, las propiedades mecánicas de los polímeros desempeñan un papel particularmente importante. Las propiedades mecánicas fundamentales de los materiales incluyen:
  • Resistencia: Mide la resistencia de un material a esfuerzos externos
  • Rigidez: Mide la resistencia de un material a la deformación
  • Dureza: Mide la resistencia de un material a la deformación bajo una carga compresiva concentrada
  • Tenacidad: Mide la capacidad de absorber energía de un material durante los impactos

Estas propiedades se pueden analizar y comparar con las de diferentes productos utilizando métodos de prueba estandarizados. Por ejemplo, las propiedades de tracción de los plásticos, como la resistencia a la tracción y la rigidez, se pueden determinar según la norma DIN EN ISO 527 aplicando durante unos instantes una carga en una dirección con un ensayo de tracción. En el siguiente gráfico se resumen los posibles resultados y los valores típicos observados durante dicho ensayo dependiendo del comportamiento de los materiales:

En Ensinger probamos las propiedades mecánicas de todos nuestros productos semielaborados. La información obtenida la incluimos en las fichas técnicas estandarizadas de nuestros productos. Esta información permite a los usuarios comparar directamente y de forma fiable las propiedades físicas de los diferentes materiales de ingeniería.

Los usuarios deben tener en cuenta que si se comparan los valores de Ensinger con valores de otras fuentes podrían obtenerse resultados aparentemente dispares. Esto probablemente se deba a la utilización de métodos de ensayo distintos, diferentes velocidades y diferentes probetas. La diferencia podría deberse al hecho de que la mayoría de la literatura publicada sobre termoplásticos está basada en los resultados obtenidos con probetas moldeadas por inyección, mientras que los datos de las fichas técnicas de Ensinger se obtienen con probetas mecanizadas a partir de muestras extruidas. El nivel de cristalinidad y la orientación de las fibras no es igual en los materiales extruidos que en los moldeados por inyección, lo que resulta en diferencias importantes en los valores.

Resistencia a la tracción y a la flexión (resistencia mecánica)

La resistencia a la flexión y a la tracción de los plásticos son dos de los valores más utilizados para comparar materiales. Entre los plásticos de Ensinger con alta resistencia a la tracción están:

Añadiendo refuerzo de fibra de carbono y de vidrio a los materiales extruidos, generalmente se mejora la resistencia a la tracción y a la flexión, aunque el efecto es más limitado que en las muestras moldeadas por inyección.

Rigidez: módulo de elasticidad en tensión y flexión

La rigidez de los materiales no aditivados se expresa mediante el módulo de tracción. Los productos de Ensinger con los mejores coeficientes de rigidez incluyen TECASINT 4111 (PI), TECAPEEK (PEEK), TECAST (PA 6 C), TECAFORM AD (POM-H) y TECAPET (PET).

Los materiales con mayor módulo de elasticidad son los aditivados con fibra de carbono y fibra de vidrio, por ejemplo:

Resistencia a la compresión

Resistencia a la compresión [MPa]

La resistencia a la compresión es un buen indicador de la capacidad de los diferentes materiales plásticos de soportar cargas a corto plazo. Se mide aplicando una fuerza creciente sobre una probeta cilíndrica o cúbica sujeta entre dos placas mientras se mide la presión y la elongación. 
 
En el caso de los termoplásticos, el punto de rotura en los ensayos de resistencia a la compresión no es siempre un indicador relevante, ya que en muchos materiales dúctiles la probeta se deforma sin romperse claramente. Una deformación excesiva bajo carga no sería, por tanto, un buen indicador de éxito en una aplicación industrial real. Por eso, la carga de compresión no se indica normalmente para el punto de rotura, sino en un punto de deformación definido (normalmente el 1, 2 o 10 %). ¡Es muy importante comprobar las condiciones del ensayo antes de comparar los valores de compresión obtenidos en distintas fuentes!
 
También hay que señalar que añadir refuerzos de fibra de carbono o de fibra de vidrio generalmente mejora la resistencia a la compresión del polímero, pero el efecto macroscópico es más visible en el rendimiento bajo carga a largo plazo que a corto plazo debido a la mejora de las propiedades de fluencia.


Productos de composite reforzado con fibra:

Tenacidad: resistencia a los impactos

Resistencia / Esfuerzo [MPa]
 
La resistencia a impactos de los termoplásticos se mide mediante ensayos de impacto Charpy o Izod. Un péndulo a gran velocidad golpea una pequeña varilla rectangular mientras se mide la energía absorbida cuando se rompe la probeta: cuanto mayor es el valor, mayor es la resistencia a impactos. En el caso de los plásticos muy resistentes a impactos en los que la probeta no se rompe y, por tanto, no se obtienen resultados aprovechables, se repite el ensayo haciendo una muesca en la probeta para obtener un valor en estas condiciones algo más duras.


Los plásticos típicos con alta resistencia a los impactos son:
 

Dureza

Dureza a la indentación de bola [MPa]

Aunque la dureza de la superficie puede medirse de muchas maneras diferentes, uno de los métodos más comúnmente utilizados en los ensayos con termoplásticos se llama «dureza a la indentación de bola», en el que se presiona una esfera metálica de dimensiones estándar contra el material con una fuerza y durante un tiempo definidos: la marca que deja la bola en el material determina el valor de dureza. Otro método habitual para medir la dureza es el ensayo de dureza de Rockwell.

Una esfera metálica de dimensiones estándar se presiona contra el material con una fuerza y durante un tiempo definidos: la marca que deja la bola en el material determina el valor de dureza. Otro método habitual para medir la dureza es el ensayo de dureza de Rockwell.
 
Los materiales aditivados con fibra de vidrio y de carbono son los que mayor dureza superficial tienen, mientras que los materiales no aditivados que mejores resultados dan en lo que respecta a esta propiedad son: