Serie de materiales de plástico TPU | para el diseño de productos

El poliuretano termoplástico (TPU) es un material versátil conocido por mezclar los atributos favorables tanto de los plásticos como de los cauchos. Su composición única ofrece una flexibilidad, durabilidad y resiliencia excepcionales, lo que lo hace adecuado para diversas aplicaciones en distintos sectores. Esta guía ofrece una visión detallada del plástico TPU, sus propiedades, aplicaciones, métodos de procesamiento y posibles modificaciones para las necesidades de diseño y fabricación.

¿Qué es el poliuretano termoplástico (TPU)?

El poliuretano termoplástico (TPU) es un elastómero termoplástico procesable por fusión conocido por su gran durabilidad y flexibilidad. Aúna las características del plástico y del caucho, ofreciendo varias combinaciones de propiedades físicas y químicas que lo hacen adecuado para aplicaciones exigentes.

Propiedades del TPU

Tipos de plástico TPU

El material TPU puede clasificarse en varios tipos en función de su composición química y de las aplicaciones previstas. Los tres tipos principales de plástico TPU son:

TPU a base de poliéter

• Propiedades: Los TPU basados en poliéter ofrecen una excelente flexibilidad a bajas temperaturas, resistencia a la hidrólisis y resistencia microbiana. Tienen una gravedad específica inferior en comparación con los TPU basados en poliéster.
• Aplicaciones: Adecuado para piezas utilizadas en entornos con mucha humedad y temperaturas frías, como dispositivos médicos, mangueras y equipos de exterior.

TPU a base de poliéster

• Propiedades: Los TPU con base de poliéster son conocidos por sus excelentes propiedades mecánicas, resistencia química y durabilidad. También son superiormente resistentes a los aceites e hidrocarburos.
• Aplicaciones: Ideal para aplicaciones que requieren propiedades físicas óptimas y resistencia al aceite y los productos químicos, como componentes de automoción, piezas industriales y revestimientos protectores.

TPU a base de policaprolactona

• Propiedades: Los TPU basados en policaprolactona combinan la dureza y la resistencia de los TPU basados en poliéster con un rendimiento a baja temperatura y una alta resistencia a la hidrólisis.
• Aplicaciones: Ideal para juntas hidráulicas y neumáticas y aplicaciones que requieran una mayor durabilidad y estabilidad.

Aplicaciones del TPU

La versatilidad del plástico TPU lo hace adecuado para una amplia gama de aplicaciones en diversas industrias. He aquí algunos ejemplos detallados:

Industria del automóvil

• Sellos: La resina TPU proporciona juntas robustas y flexibles resistentes a las variaciones de temperatura y a los productos químicos, por lo que son ideales para juntas de puertas, ventanas y maleteros.
• Alfombrillas: Las alfombrillas de coche de TPU son duraderas, fáciles de limpiar y resistentes al desgaste.
• Paneles interiores: Ofrece un tacto suave, perfecto para salpicaderos, reposabrazos y otros componentes del interior.
• Cubiertas de airbag: Este material proporciona la flexibilidad y resistencia necesarias para cubrir los airbags, garantizando un despliegue seguro y eficaz.
• Botas antipolvo: Se utiliza en los guardapolvos de los amortiguadores para protegerlos de la suciedad y la humedad, prolongando su vida útil.

Productos de consumo

• Licuadoras: El plástico TPU se utiliza en juntas y sellos dentro de las batidoras para garantizar un funcionamiento a prueba de fugas y proporcionar flexibilidad y durabilidad bajo rotación a alta velocidad.
• Fundas para teléfonos móviles: Este material ofrece una excelente resistencia a los impactos y flexibilidad, por lo que es ideal para fundas protectoras de teléfonos que absorben los golpes y evitan daños.

Industria alimentaria y de bebidas

• Envases para alimentos: Se utiliza en cierres y tapas de envases alimentarios por su flexibilidad, resistencia química y capacidad para formar cierres herméticos.
• Botellas de agua: La resina TPU proporciona un material duradero y flexible para las tapas y cierres de las botellas de agua, garantizando que sean a prueba de fugas y fáciles de abrir y cerrar.

Aplicaciones industriales

• Sellos: Se utiliza en diversas juntas industriales por su resistencia a los productos químicos, las variaciones de temperatura y las tensiones mecánicas.
• Arbustos: El material TPU proporciona casquillos duraderos y flexibles que pueden absorber los choques y las vibraciones en la maquinaria industrial.
• Soportes antivibratorios: El TPU es ideal para montajes de aislamiento de vibraciones, que amortiguan las vibraciones para reducir el ruido y el desgaste en equipos industriales.

Industria médica

• Tubería flexible: El material TPU se utiliza en tubos médicos por su flexibilidad, biocompatibilidad y capacidad para soportar procesos de esterilización.
• Pulidoras dentales: Proporciona la flexibilidad y durabilidad necesarias para los pulidores dentales, garantizando su eficacia y seguridad de uso.
• Máscaras de oxígeno: El plástico TPU se utiliza para fabricar máscaras de oxígeno por sus propiedades hipoalergénicas y su flexibilidad, que proporcionan un ajuste cómodo a los pacientes.

Ropa deportiva

• Cascos: Se utiliza para acolchar los cascos, proporcionando amortiguación y comodidad al usuario.
• Aletas de natación: Este material ofrece flexibilidad y durabilidad a las aletas de natación, garantizando su buen rendimiento en el agua sin degradarse.
• Tubos respiradores: La resina TPU se utiliza en los tubos de buceo por su flexibilidad y su capacidad para formar juntas cómodas y estancas.
• Suelas de zapatos: Proporciona flexibilidad, durabilidad y resistencia al deslizamiento a las suelas de los zapatos, mejorando la comodidad y la seguridad.

Electrónica

• Aislamiento de cables: El TPU ofrece un excelente aislamiento eléctrico, flexibilidad y durabilidad, por lo que es ideal para el aislamiento de cables.
• Tapones: El TPU proporciona un material flexible y duradero para los enchufes eléctricos, garantizando que puedan soportar un uso y un estrés repetidos.

Productos para mascotas

• Juguetes: El TPU se utiliza en los juguetes para mascotas por su durabilidad, flexibilidad y seguridad, haciéndolos adecuados para masticar y jugar.
• Comederos: El TPU proporciona una base antideslizante para los comederos, asegurando la estabilidad durante la alimentación.
• Transportines: El TPU se utiliza en las perreras de transporte por su durabilidad, resistencia a los impactos y facilidad de limpieza.

Herramientas eléctricas

• Empuñaduras blandas para herramientas: La gente utiliza el TPU en las empuñaduras de las herramientas eléctricas para proporcionar una superficie cómoda y antideslizante que absorba las vibraciones, reduciendo la fatiga del usuario y mejorando la seguridad.

Comparación del TPU con el TPE: la diferencia

El TPU es conocido por su elasticidad, transparencia y resistencia al aceite, la grasa y la abrasión. Se utiliza habitualmente en aplicaciones que requieren un alto rendimiento, durabilidad y flexibilidad, como el calzado, las piezas de automoción y los dispositivos médicos.

Los elastómeros termoplásticos (TPE), por su parte, son una clase de copolímeros o una mezcla física de polímeros (normalmente un plástico y un caucho) que combinan las características del caucho con la reciclabilidad y las ventajas de procesamiento de los plásticos.

En lo que respecta a sus diferencias, estos dos productos tienen características distintas, tal y como se indica en la tabla comparativa que figura a continuación.

Tabla comparativa: TPU frente a TPE

Métodos de transformación del TPU

Podemos procesar el plástico TPU utilizando diversos métodos tradicionales y modernos. Un procesamiento adecuado garantiza que el TPU conserve las propiedades deseables y rinda eficazmente en las aplicaciones previstas.

Moldeo por inyección

El moldeo por inyección consiste en inyectar TPU fundido en una cavidad del molde que se enfría y se solidifica hasta adquirir la forma deseada.

• Aplicaciones: Se utiliza habitualmente para producir formas complejas con tolerancias estrechas, como agarres, juntas, tapones y otras piezas intrincadas.
• Requisitos de secado: Asegúrese de que el contenido de humedad residual es ≤ 0,05% antes del procesado para evitar la fragilidad.

Moldeo por compresión

El moldeo por compresión consiste en colocar el material de TPU en un molde calentado, comprimirlo para darle la forma deseada y, a continuación, enfriarlo.

• Aplicaciones: Adecuado para producir piezas grandes de paredes gruesas que requieren una gran durabilidad y resistencia al impacto.

Moldeo por soplado

El moldeo por soplado produce piezas huecas inflando TPU fundido en una cavidad del molde.

• Aplicaciones: Ideal para fabricar botellas, recipientes y otras piezas huecas que requieran flexibilidad y resistencia.

Extrusión

La extrusión consiste en forzar el TPU fundido a través de una matriz para crear formas continuas como tubos, láminas y perfiles.

• Aplicaciones: Adecuada para la fabricación de grandes cantidades de productos uniformes, incluyendo mangueras, películas y perfiles.
• Requisitos de secado: Asegúrese de que el contenido de humedad residual es ≤ 0,02% antes del procesado.

Otros métodos de procesamiento

• Compuesto: El TPU puede componerse para crear moldes de plástico resistentes o procesarse con disolventes orgánicos para formar textiles laminados, revestimientos protectores o adhesivos funcionales.
• Impresión 3D: Los filamentos de TPU son compatibles con técnicas de impresión en 3D como FDM (modelado por deposición fundida) y SLS (sinterizado selectivo por láser), lo que permite la producción de piezas flexibles con geometrías complejas.

Modificaciones del TPU

El TPU puede modificarse para mejorar sus propiedades y su idoneidad para aplicaciones específicas. Estas modificaciones incluyen la mezcla con otros materiales, la adición de diversos aditivos y el empleo de diferentes técnicas de procesamiento.

Mezcla con otros materiales

• Mezcla de TPU con poliéter y poliéster: La combinación de TPU con poliéter y poliéster puede mejorar sus propiedades para aplicaciones específicas. El TPU basado en poliéter es conocido por su flexibilidad a bajas temperaturas y su resistencia a la hidrólisis, lo que lo hace adecuado para entornos con mucha humedad. El TPU con base de poliéster ofrece una resistencia superior a los aceites e hidrocarburos, ideal para aplicaciones que requieren resistencia química.
• Dioles de policarbonato (PCD): Los PCD producen TPU con características de rendimiento superiores, como una durabilidad extrema, mayor resistencia química, mejor estabilidad hidrolítica, mayor resistencia térmica, mejor resistencia a la abrasión y propiedades mecánicas superiores.

Aditivos

• TPU reforzado: Cuando se mezcla con cargas/fibras de vidrio o minerales, el TPU se convierte en un polímero estructural de ingeniería con mayor resistencia a la abrasión, alta resistencia al impacto, buena resistencia al combustible y características de alta fluidez.
• Estabilizadores UV y antioxidantes: Estos aditivos protegen el TPU de la degradación debida a la exposición a los rayos UV y a la oxidación, prolongando la vida útil de los productos utilizados en exteriores o en entornos de altas temperaturas.
• Retardantes de llama: La adición de retardantes de llama al TPU mejora su resistencia al fuego, lo que lo hace adecuado para el revestimiento de cables y otras aplicaciones en las que la resistencia a la llama es crucial.

Guía de diseño de piezas de TPU

Diseño de piezas de TPU para la fabricación SLS

El sinterizado selectivo por láser (SLS) es un proceso de fabricación aditiva en el que el material en polvo (como el polvo de TPU) se funde capa a capa mediante un láser. Puede producir geometrías complejas sin estructuras de soporte, lo que lo hace adecuado para diversas aplicaciones industriales.

Para el diseño de piezas de TPU utilizadas para la fabricación con tecnología SLS, es importante tener en cuenta:

Espesor mínimo de la pared

El polvo de TPU (SLS) requiere un grosor de pared mínimo de 1,5 mm para garantizar la integridad estructural y la flexibilidad. Aumentar el grosor de la pared a 3 mm mejora la rigidez según sea necesario para aplicaciones específicas.

Tamaño mínimo de la característica

• Las características del diseño no deben ser inferiores a 0,5 mm para garantizar una reproducción precisa durante la impresión.
• Para mayor visibilidad y durabilidad, los detalles grabados o en relieve deben tener una altura y una anchura mínimas de 1,5 mm.

Complejidad del diseño y montaje

• Aproveche la capacidad de la tecnología SLS para producir piezas intrincadas, cerradas y entrelazadas sin necesidad de ensamblarlas por separado.
• Mantenga una holgura mínima de 1 mm entre las piezas para garantizar el éxito de la impresión y el montaje. Ajuste la holgura para objetos más grandes para adaptarse a las limitaciones de impresión.

Ahuecamiento y agujeros de escape

• Considere la posibilidad de ahuecar las piezas para conservar el material y reducir el tiempo de impresión.
• Las piezas huecas deben incluir orificios de escape con un diámetro de al menos 1,5 mm para facilitar la eliminación del polvo tras la impresión.

Diseño de piezas de TPU para la fabricación FDM

El modelado por deposición fundida (FDM) es un proceso de fabricación aditiva en el que un filamento continuo de material termoplástico (como el filamento de TPU) se calienta y se extruye a través de una boquilla capa a capa para crear el objeto deseado.

Debido a su accesibilidad y rentabilidad, se utiliza mucho para la creación de prototipos y la producción a pequeña escala.

A continuación se exponen las consideraciones clave para el diseño eficaz de piezas de TPU para su fabricación con tecnología FDM.

Espesor mínimo de la pared

Las piezas de filamento de TPU (FDM) deben tener un grosor de pared mínimo de 1,5 mm para garantizar la integridad estructural y evitar el alabeo durante la impresión.

Tamaño mínimo de la característica

• Las características de los diseños TPU FDM no deben ser inferiores a 0,5 mm para garantizar una impresión y funcionalidad precisas.
• Los detalles en relieve o grabados deben tener al menos 1,5 mm de altura y anchura para que sean visibles y duraderos.

Complejidad del diseño y montaje

• Simplifique los diseños para la impresión FDM con el fin de minimizar los problemas de adherencia de las capas y flexibilidad del material.
• Evite los diseños entrelazados intrincados debido a las posibles limitaciones en la fuerza de unión de las capas.

Consideraciones sobre la impresión

• Requisitos de la impresora: Utilice una extrusora de accionamiento directo para controlar mejor el filamento flexible. Mantenga una temperatura del lecho calentado de 50 ±10°C. Considere un ventilador de refrigeración de la pieza ajustado a temperatura media o alta.
• Velocidad de impresión: La velocidad óptima se sitúa entre 15 y 20 mm/s para garantizar una adhesión adecuada de la capa y minimizar los problemas de flexión del filamento.
• Temperatura de impresión: Extruya los filamentos de TPU a temperaturas entre 225-250°C. Las temperaturas más altas mejoran el flujo pero pueden afectar a la precisión dimensional.
• Ajustes de extrusión: Ajuste el multiplicador de extrusión para controlar el flujo de filamento y garantizar una fuerte unión de las capas.
• Balsas y faldas: Los faldones suelen ser innecesarios debido a la mínima deformación de las piezas de TPU. En su lugar, utilice un faldón para cebar el extrusor y asegurar el flujo de filamento al inicio de la impresión.
• Retracción: Desactive la retracción para evitar el estiramiento del filamento y la obstrucción de la boquilla, problemas habituales con los filamentos flexibles de TPU.

Conclusión

El poliuretano termoplástico (TPU) es un material inestimable para diseñadores y fabricantes por su versatilidad, durabilidad y amplia gama de propiedades. Al conocer los distintos tipos de TPU, sus propiedades y sus posibles modificaciones, las industrias pueden tomar decisiones informadas para aprovechar las ventajas del TPU en diversas aplicaciones.

Tanto si se utiliza en piezas de automoción, dispositivos médicos, productos de consumo o componentes industriales, el TPU ofrece una solución robusta y adaptable que satisface las exigencias de la fabricación moderna.

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