Serie de materiales plásticos TPE | para el diseño de productos

Los elastómeros termoplásticos (TPE), también conocidos como caucho termoplástico, son materiales únicos que combinan las propiedades mecánicas de los termoplásticos con la flexibilidad y elasticidad de los cauchos. Esta combinación hace que los TPE sean muy versátiles y adecuados para diversas aplicaciones en distintos sectores. Esta guía pretende ofrecer a diseñadores y fabricantes una visión detallada de las propiedades, tipos, aplicaciones y técnicas de procesamiento del plástico TPE, así como de las modificaciones y mejoras que pueden realizarse para adaptarlos a usos específicos.

Elastómeros termoplásticos (TPE): Breve descripción

Los elastómeros termoplásticos (TPE) son una clase de copolímeros o una mezcla física de polímeros (normalmente plástico y caucho) formada por materiales con propiedades termoplásticas y elastoméricas. A diferencia de los cauchos termoestables, los TPE pueden fundirse y volver a moldearse, lo que facilita su procesamiento y reciclaje.

Propiedades de los elastómeros termoplásticos (TPE)

Propiedades mecánicas

Gama de dureza

Flexibilidad

Propiedades eléctricas

Propiedades térmicas

Propiedades químicas

Tipos de elastómeros termoplásticos

Comprender los diferentes tipos de TPE es crucial para seleccionar el material adecuado para aplicaciones específicas. He aquí los principales tipos de TPE:

1. Copolímeros en bloque estirénicos (TPE-S)

Los materiales TPE-S se fabrican a partir de estireno butadieno estireno (SBS) o estireno etileno butileno estireno (SEBS).

Propiedades del TPE-S

• Aislante eléctrico
• Amplia gama de dureza
• Buena resistencia a la abrasión
• Incoloro y transparente
• Resistente a los rayos UV y al ozono

Aplicaciones del TPE-S

• Adhesivos
• Agentes modificadores del asfalto
• Calzado
• Juntas de baja calidad

2. Vulcanizados termoplásticos (TPE-V o TPV)

Los TPV son una mezcla de polipropileno y EPDM vulcanizado que ofrece mejores propiedades elastoméricas que los TPO.

Propiedades del TPV

• Resistencia a altas temperaturas de hasta 120°C
• Conjunto de baja compresión
• Resistente a los productos químicos y a la intemperie
• Gama de dureza de 45A a 45D

Aplicaciones del TPV

• Juntas para automóviles
• Fuelle
• Mangueras
• Juntas de tuberías

3. Poliolefinas termoplásticas (TPE-O o TPO)

Los materiales TPO mezclan polipropileno o polietileno con elastómeros como EPDM, EPR, EO o EB.

Propiedades de la TPO

• Ignífugo
• Excelente resistencia a la intemperie
• Buena resistencia química
• Más resistentes que los copolímeros de polipropileno

Aplicaciones de la TPO

• Parachoques de automóviles
• Cuadros de mando
• Cubiertas de airbag
• Guardabarros

4. Amidas en bloque de poliéter termoplástico (TPE-A)

Los TPE-A están formados por segmentos blandos de poliéteres o poliésteres y segmentos duros de poliamida.

Propiedades del TPE-A

• Excelente resistencia a temperaturas de hasta 170°C
• Buena resistencia a los disolventes
• Buena resistencia al impacto
• Flexible a bajas temperaturas
• Buena resistencia al desgaste

Aplicaciones del TPE-A

• Componentes aeroespaciales
• Revestimiento del cable

5. Poliuretanos termoplásticos (TPE-U o TPU)

El TPU se forma haciendo reaccionar diisocianatos con polioles de poliéster o poliéter, creando materiales con excelentes propiedades.

Propiedades del TPU

• Excelente resistencia a la abrasión
• Alta resistencia a la tracción
• Rango de alargamiento elástico significativo
• Excelente resistencia al desgarro
• Resistente a los aceites y combustibles derivados del petróleo

Aplicaciones del TPU

• Ruedas
• Empuñaduras para herramientas eléctricas
• Mangueras y tubos
• Correas de transmisión

6. Caucho fundible (MPR)

La MPR es una alternativa al caucho vulcanizado fabricada a partir de poliolefina halogenada reticulada mezclada con plastificantes y estabilizadores.

Propiedades de MPR

• Resistente a los rayos UV
• Alto coeficiente de fricción
• Resistente a la gasolina y al aceite

Aplicaciones de la MPR

• Burletes para automóviles
• Embarcaciones neumáticas
• Sellos
• Gafas
• Empuñaduras

7. Copoliésteres termoplásticos (TPE-E o COPE o TPEE)

Los TPE-E son elastómeros de alto rendimiento con propiedades similares a las de los elastómeros termoestables, pero que pueden fundirse.

Propiedades del TPE-E

• Resistente a la fluencia y a la deformación por compresión
• Excelente resistencia a largo plazo a temperaturas de hasta 165°C
• Resistente a aceites y grasas
• Aislante eléctrico
• Dimensionalmente estable

Aplicaciones del TPE-E

• Conductos de aire del vehículo
• Bolsas de ventilación
• Botas antipolvo
• Cintas transportadoras

Usos de los elastómeros termoplásticos (TPE)

Los elastómeros termoplásticos (TPE) se emplean en numerosas industrias debido a sus propiedades adaptables. A continuación encontrará algunos productos típicos de TPE y sus industrias asociadas:

Productos de consumo

• Sellos y juntas en las batidoras para un funcionamiento a prueba de fugas.
• Fundas para móviles resistentes a los golpes y flexibles.

Industria del automóvil

• Juntas de puertas, ventanas y maleteros resistentes a la temperatura y a los productos químicos.
• Alfombrillas de coche duraderas y fáciles de limpiar.
• Paneles interiores de tacto suave para salpicaderos y reposabrazos.
• Cubiertas flexibles para airbags y amortiguadores.

Industria alimentaria y de bebidas

• Cierres y tapas en envases alimentarios para mayor flexibilidad y hermeticidad.
• Tapas y cierres en las botellas de agua para una mayor durabilidad y a prueba de fugas.

Industria médica

• Tubos flexibles para productos sanitarios gracias a su biocompatibilidad.
• Pulidores dentales flexibles y duraderos para procedimientos dentales.
• Las mascarillas de oxígeno hipoalergénicas proporcionan un ajuste cómodo.

Aplicaciones industriales

• Juntas resistentes a los productos químicos para equipos industriales.
• Casquillos flexibles para la absorción de impactos en maquinaria.
• Soportes con aislamiento de vibraciones para reducir el ruido y el desgaste.

Ropa deportiva

• Acolchado del casco para absorción de impactos y comodidad.
• Aletas de natación flexibles y duraderas para deportes acuáticos.
• Cierres cómodos y estancos en los tubos.
• Suelas antideslizantes para mayor seguridad y comodidad.

Productos para mascotas

• Juguetes duraderos y seguros para que las mascotas mastiquen y jueguen.
• Bases antideslizantes para mayor estabilidad en los comederos de mascotas.
• Transportines resistentes a los golpes y fáciles de limpiar.

Electrónica

• Aislamiento eléctrico en cables para mayor flexibilidad y durabilidad.
• Materiales flexibles y duraderos utilizados en los enchufes eléctricos.

Herramientas eléctricas

• Empuñaduras suaves, cómodas y antideslizantes en las herramientas eléctricas para absorber las vibraciones.

Procesabilidad de los materiales TPE

Los materiales plásticos TPE pueden procesarse mediante diversas técnicas tradicionales y modernas. He aquí un vistazo a algunos de los métodos principales:

Moldeo por inyección

El moldeo por inyección es el método más popular para el procesado de TPE debido a sus altos índices de productividad y a la mínima generación de residuos. Las aplicaciones más comunes incluyen piezas acabadas, tubos y espumas.

Parámetros recomendados

• Temperatura del molde: 25-50°C
• Temperatura de fusión: 160-200°C
• Relación de compresión: 2:1 a 3:1
• Relación tornillo L/D: 20-24

El moldeo por inyección permite altas velocidades de producción y la capacidad de crear formas complejas con tolerancias ajustadas. Este método consiste en fundir pastillas de TPE e inyectar el material fundido en la cavidad de un molde. A continuación, el material se enfría y se solidifica, adoptando la forma del molde.

Extrusión

Las extrusoras monohusillo equipadas con husillos de tres secciones o de barrera son muy recomendables para la extrusión de TPE. Este método se utiliza para fabricar espumas y tubos.

Parámetros recomendados

• Temperatura de fusión: 180-190°C
• Relación L/D: 24
• Relación de compresión: 2,5:1 a 3,5:1

La extrusión consiste en forzar el material de TPE fundido a través de una matriz para crear formas continuas como láminas, tubos y perfiles. A continuación, el material extruido se enfría y se corta a la longitud deseada. La extrusión es ideal para producir grandes cantidades de productos uniformes.

Impresión 3D

Los polímeros TPE son compatibles con métodos de impresión 3D como el FDM (modelado por deposición fundida) y el SLS (sinterizado selectivo por láser), que producen piezas flexibles con geometrías complejas. Entre las aplicaciones más populares se encuentran las cubiertas de teléfonos, los cinturones, los muelles y los tapones.

La impresión 3D con plástico TPE permite la creación rápida de prototipos y la producción de piezas personalizadas sin necesidad de moldearlas. Este método consiste en estratificar TPE fundido para construir una pieza capa a capa, lo que proporciona una gran flexibilidad de diseño y plazos de entrega rápidos.

Modificaciones y mejoras del plástico TPE

Los elastómeros termoplásticos pueden modificarse para mejorar sus propiedades y adecuarse a aplicaciones específicas. Estas modificaciones incluyen:

Mezcla con otros polímeros

Mezcla consiste en mezclar el material TPE con otros polímeros para conseguir el equilibrio deseado de propiedades. Esta modificación puede mejorar diversos atributos como la rigidez, la resistencia al impacto y la estabilidad térmica.

• Mezclas de polipropileno: La mezcla de plástico TPE con polipropileno (PP) puede mejorar la rigidez y la resistencia térmica. Esta mezcla se utiliza a menudo en aplicaciones de automoción que requieren una mayor integridad estructural y resistencia térmica.
• Mezclas de polietileno: La combinación de TPE con polietileno (PE) puede mejorar la resistencia al impacto y la flexibilidad. Estas mezclas son adecuadas para aplicaciones en envases, bienes de consumo y equipamiento deportivo.
• Mezclas de nailon: La mezcla de TPE con nailon mejora la tenacidad y la resistencia química, por lo que resulta ideal para aplicaciones exigentes como los componentes de los bajos del capó de los automóviles y las piezas industriales.

Aditivos y rellenos

Incorporación de varios aditivos y cargas en las formulaciones de los TPE pueden mejorar significativamente su rendimiento. Entre los aditivos más comunes se encuentran los estabilizantes, los plastificantes, los retardantes de llama y los agentes de refuerzo.

• Estabilizadores: Se añaden estabilizadores UV y estabilizadores térmicos para proteger el TPE de la degradación debida a la exposición prolongada a la luz solar y a las altas temperaturas. Esta modificación es crucial para aplicaciones en exteriores y piezas de automoción.
• Plastificantes: La adición de plastificantes aumenta la flexibilidad y suavidad del TPE. Esta modificación beneficia especialmente a los dispositivos médicos, los tubos flexibles y los agarres suaves al tacto.
• Retardantes de llama: Los retardantes de llama se añaden a las formulaciones de TPE para mejorar la resistencia al fuego. Esto es esencial para componentes eléctricos, interiores de automóviles y materiales de construcción en los que la seguridad es primordial.
• Agentes de refuerzo: Se añaden rellenos como fibras de vidrio, negro de humo y sílice para mejorar las propiedades mecánicas como la resistencia a la tracción, el módulo y la resistencia al desgaste. Los TPE reforzados se utilizan en aplicaciones de alto esfuerzo como piezas de automoción y componentes industriales.

Enlace cruzado

Enlace cruzado es un proceso que crea enlaces covalentes entre las cadenas de polímeros, mejorando las propiedades mecánicas, la resistencia química y la estabilidad térmica de los TPE. Esto puede lograrse mediante métodos químicos o inducidos por radiación.

• Reticulación química: Consiste en añadir agentes de reticulación durante el proceso de composición. Los agentes forman enlaces entre las cadenas de polímeros, creando una estructura de red que aumenta la resistencia y durabilidad del material. Esta modificación es habitual en aplicaciones que requieren una gran capacidad de carga y un rendimiento a largo plazo.
• Reticulación por radiación: La exposición a la radiación (por ejemplo, haz de electrones, rayos gamma) induce la reticulación en los TPE, mejorando su resistencia al calor y a los productos químicos. Este método se utiliza a menudo en dispositivos médicos y materiales de envasado.

Tratamientos superficiales

Los tratamientos superficiales mejoran las propiedades de adherencia de los TPE, haciéndolos más adecuados para aplicaciones que requieren una fuerte unión con otros materiales.

• Tratamiento con plasma: El tratamiento con plasma modifica la energía superficial del TPE, mejorando sus propiedades de humectabilidad y adherencia. Este tratamiento se utiliza en aplicaciones que implican revestimientos, adhesivos e impresión.
• Descarga Corona: El tratamiento por descarga de corona consiste en exponer las superficies de TPE a una descarga eléctrica de alto voltaje, lo que aumenta la rugosidad y la polaridad de la superficie. Esta modificación mejora la adherencia de tintas, pinturas y adhesivos.
• Tratamiento con llama: Una breve exposición a una llama abierta oxida la superficie del TPE, mejorando sus propiedades de adhesión. Este método se utiliza habitualmente para aplicaciones de impresión y revestimiento.

Recubrimiento y laminación

Recubrimiento y laminación pueden mejorar las propiedades superficiales del TPE, proporcionando protección y funcionalidad adicionales.

• Revestimientos: Los revestimientos protectores aplicados a las superficies de TPE pueden mejorar su resistencia a los productos químicos, la radiación UV y la abrasión. También pueden añadir cualidades estéticas como color, brillo y textura.
• Laminación: El laminado de TPE con otros materiales (por ejemplo, tejidos, películas) mejora la durabilidad y proporciona una estructura compuesta con propiedades superiores. Los TPE laminados se utilizan en ropa de protección, interiores de automóviles y aplicaciones electrónicas flexibles.

Espuma

El espumado consiste en introducir burbujas de gas en la matriz del TPE, creando una estructura ligera y porosa. Esta modificación reduce la densidad del material y mejora las propiedades de amortiguación.

• Agentes espumantes químicos: La adición de agentes químicos espumantes durante el procesado del TPE genera burbujas de gas, produciendo una estructura espumada. Con esta técnica se fabrica calzado, materiales aislantes y productos amortiguadores.
• Espumado físico: El espumado físico consiste en inyectar gases como nitrógeno o dióxido de carbono en la masa fundida del TPE durante la extrusión o el moldeo. Este método crea estructuras celulares consistentes y se utiliza para aplicaciones de alto rendimiento que requieren un control preciso de la densidad y la distribución de la espuma.

Conclusión

Los elastómeros termoplásticos (TPE) tienen un valor incalculable para diseñadores y fabricantes por su versatilidad, durabilidad y facilidad de procesamiento.

Al comprender los diferentes tipos de plástico TPE, sus propiedades y técnicas de procesamiento, las industrias pueden tomar decisiones informadas para aprovechar las ventajas de los TPE en sus aplicaciones. Además, la capacidad de modificar y mejorar los TPE amplía aún más su aplicabilidad, convirtiéndolos en una opción sostenible y eficiente para la fabricación moderna.

Consejos: Más información sobre los demás plásticos