Cómo la fórmula molecular de un poliuretano afecta el desarrollo del producto

Los poliuretanos son materiales plásticos increíblemente versátiles que han llegado a desempeñar un papel importante en los productos que la gente usa todos los días. Los poliuretanos fueron inventados en 1937 por el Dr. Otto Bayer y se utilizaron principalmente como sustitutos del caucho durante la Segunda Guerra Mundial. En las décadas de 1950 y 1960, los poliuretanos se usaban en elastómeros, adhesivos y espumas amortiguadoras flexibles.

Hoy en día, este material es tan omnipresente que se puede encontrar en casi cualquier producto en cualquier industria importante. Las aplicaciones comunes incluyen prendas de cuero, sistemas de aislamiento térmico, alerones en automóviles, campos quirúrgicos y mucho más.

¿Cómo es posible que los poliuretanos puedan tomar tantas formas tan diferentes? Todo se reduce a la fórmula química del poliuretano. Esto es lo que los ingenieros y los equipos de productos deben saber sobre los diferentes tipos de poliuretanos, por qué la formulación de poliuretano es importante y cómo la formulación puede afectar sus piezas finales.

Poliéter frente a poliéster:¿cuál es la diferencia?

Más comúnmente, los poliuretanos se derivan de poliéteres y poliésteres. Ambos tienen propiedades elásticas, ambos pueden fabricarse con cualquier dureza y ambos tienen una variedad de aplicaciones en todas las industrias. Sin embargo, el poliéter y el poliéster no son intercambiables. Los ingenieros deben familiarizarse con las diferencias clave entre estos dos materiales para asegurarse de elegir el plástico de poliuretano que mejor se adapte a su aplicación.

Los poliéster-poliuretanos se utilizan en uretanos más blandos (durómetro inferior a 90 A) y son conocidos por su fuerte resistencia a los cortes, la abrasión, el desgarro y los disolventes. Pueden soportar temperaturas más altas durante más tiempo que los poliuretanos de poliéter y tienen una mayor resistencia a la tracción. El poliéster también es una excelente opción para la absorción de impactos y se usa ampliamente en aplicaciones que requieren amortiguación de vibraciones. Las aplicaciones populares incluyen rodillos para equipos bancarios, almohadillas protectoras y abrazaderas de automatización.

Sin embargo, el poliéster tiene sus inconvenientes. El material generalmente tiene poca resistencia a la humedad y no se recomienda para piezas que estarán expuestas al agua o ambientes de alta humedad. La hidrólisis degradará las propiedades físicas del material.

Los poliuretanos de poliéster, por otro lado, se utilizan en uretanos más duros (durómetro superior a 90 A) y tienden a ofrecer una mayor resistencia a la humedad y propiedades más dinámicas que los poliuretanos de poliéster. Este material también tiene mejor rebote, mejor flexibilidad a baja temperatura y se desempeña mejor en aplicaciones de alta velocidad. Sus excelentes propiedades mecánicas también lo hacen ideal para piezas que experimentarán estrés medio a alto.

Las aplicaciones populares del poliéter incluyen ruedas de patines, ruedas de elevadores, rodillos formadores de láminas de metal y una variedad de aplicaciones seguras para alimentos. Aunque el poliéter se usa en uretanos más duros, este material en realidad ofrece menos resistencia a la abrasión que el poliéster y es más probable que se rompa. Por lo general, también tiene un precio más alto.

Por qué es importante la formulación de poliuretano

Para comprender por qué la formulación de poliuretano es tan importante, es útil comprender los conceptos básicos de la química del poliuretano. Los poliuretanos se crean a través de una reacción química entre un poliol y un isocianato, que crea un prepolímero. A continuación, ese prepolímero se reticula con un curativo para formar poliuretano. Esta fórmula química de poliuretano puede parecer simple, pero hay mucho espacio para la complejidad y la variabilidad.

Tomemos como ejemplo los poliuretanos termoestables. Por lo general, estos tipos de poliuretanos se componen de cadenas principales de TDI o MDI, que ofrecen buenas propiedades mecánicas a altas y bajas temperaturas, respectivamente, combinadas con enlaces químicos de éter o éster. Los poliuretanos de éster incluyen dos átomos de oxígeno y dos átomos de carbono, mientras que los poliuretanos de éter incluyen solo un átomo de oxígeno y dos átomos de carbono.

Cada combinación única de estos esqueletos y enlaces químicos le dará al material resultante diferentes propiedades físicas. También hay docenas de productos químicos que se pueden usar para curativos en poliuretanos, además de la posibilidad de mezclar curativos y aditivos para crear algo totalmente nuevo.

Con todos estos factores en juego, es posible crear una variedad aparentemente infinita de formulaciones haciendo pequeños ajustes a la fórmula química del poliuretano. Es por eso que los ingenieros y los equipos de productos deben evaluar todos los aspectos de su posible plástico de poliuretano y evitar elegir un material en función de uno o dos criterios.

Si dos pelotas inflables de poliuretano tienen la misma dureza pero una síntesis química diferente, una podría caer al suelo mientras que la otra podría volver a levantarse. Para asegurarse de que una pieza final funcione exactamente como debería, los ingenieros y los equipos de productos deben considerar cuidadosamente la formulación de poliuretano durante el proceso de desarrollo del producto.

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En resumen, los poliuretanos de poliéster son más adecuados para formulaciones de dureza más baja, aplicaciones de alta temperatura y piezas que requieren absorción de impactos o vibraciones. Los poliuretanos de poliéter son mejores para formulaciones de dureza más alta, aplicaciones de alta velocidad o alta tensión y piezas que estarán expuestas al agua.

Los equipos de productos y los ingenieros deben evaluar las formulaciones químicas únicas de cualquier posible poliuretano para garantizar que sus piezas finales tengan las propiedades deseadas y cumplan con todos los requisitos críticos. Trabajar con un socio de fabricación experimentado puede ayudar.

Fast Radius puede ayudar a los equipos de productos a desempacar todas las complejidades de la formulación de poliuretano para que puedan seleccionar el plástico de poliuretano adecuado para su caso de uso específico. Nuestro talentoso equipo de diseñadores, asesores e ingenieros sabe lo importante que es la selección de materiales y puede ayudar a que un proyecto comience de la manera correcta. Contáctenos hoy para comenzar y obtener más información sobre los servicios que ofrecemos.

Para obtener información general sobre otros materiales y más información sobre la industria, consulte nuestros artículos recientes en el centro de aprendizaje de Fast Radius.

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