Comprensión de materiales elastoméricos: Principios clave y aplicaciones

¿Qué tienen en común los neumáticos de auto, juntas estancas, suelas de zapatos, bandas elásticas y borradores de lápiz? Muchos de estos objetos son cosas con las que interactuamos a diario, pero también están hechos usando elastómeros, o "polímeros elásticos".

Los materiales elastoméricos son polímeros sintéticos flexibles que son similares al caucho. Aunque comparten características similares, difieren en algunas formas clave. El caucho, por ejemplo, es un compuesto natural derivado del látex. Aunque un material increíblemente útil y versátil, la composición química del caucho impone ciertas limitaciones de manufactura y también hace que las piezas sean propensas a agrietamiento por ozono. Los elastómeros, por otro lado, son una familia de polímeros basados en petróleo que actúan muy similarmente al caucho pero ofrecen mejores propiedades de material.

Este artículo proporcionará una breve introducción sobre manufactura con materiales elastoméricos.

Características definitorias y propiedades mecánicas de los elastómeros

Los elastómeros son materiales que tienen la capacidad de estirarse y luego volver a su forma original. Los elastómeros proporcionan una gama de otros beneficios, incluyendo alta elasticidad, resistencia a la abrasión y desgarro, impermeabilidad, texturas suaves y resistencia al deslizamiento. También pueden soportar fluctuaciones significativas de temperatura y son ideales para aislamiento térmico y eléctrico.

Los elastómeros pueden ajustarse químicamente para una amplia gama de aplicaciones. Por ejemplo, los materiales elastoméricos podrían ajustarse para mejorar el rebote para algo como una suela de zapato o ajustarse para un rebote bajo, producto amortiguador como un agarre. También pueden proporcionar succión y sellado. Dependiendo de la aplicación, seleccionar el material correcto puede mejorar las características deseadas de la pieza final.

Termoplásticos vs. termoestables

Es importante notar que hay dos tipos principales de elastómeros: termoplásticos y termoestables. Los termoplásticos se licúan cuando se calientan y se solidifican cuando se enfrían — un proceso que puede repetirse, extendiendo el ciclo de vida del material. Esta cualidad los hace especialmente útiles para fabricar piezas moldeadas por inyección en alto volumen. Estos materiales poliméricos fuertes son típicamente resistentes a la contracción, absorbentes de choques y en gran medida reciclables, también.

En contraste, los plásticos termoestables no pueden fundirse y reutilizarse después de que la pieza ha fraguado. El proceso de curado desencadena una reacción química que incita la formación de enlaces cruzados tridimensionales increíblemente fuertes entre moléculas dentro del polímero — los enlaces son casi imposibles de romper, incluso bajo temperaturas extremas. Debido a la alta durabilidad, resistencia y resistencia a la deformación que estos enlaces proporcionan, los termoestables a menudo se usan para reforzar otros materiales contra impacto y deformación.

Cuatro factores importantes para diseñar y fabricar piezas elastoméricas

Para maximizar las propiedades de material deseadas de las piezas elastoméricas, hay algunas consideraciones críticas que los equipos de producto harían bien en tener en cuenta.

1. Liderar con requisitos claramente definidos

Los requisitos específicos para una aplicación dada deben impulsar la selección de material y el diseño para la pieza. Al tener una comprensión clara de esos requisitos, los fabricantes pueden determinar rápidamente qué material elastomérico ofrece los beneficios más significativos.

Usar un sistema de planificación de requerimientos de materiales (MRP) a menudo resulta beneficioso para los equipos de producto. Trabajando retrospectivamente desde planes y cronogramas de producción, estos sistemas generan listas de requerimientos de componentes y materiales que proporcionan visibilidad sobre qué materiales se necesitan, en qué cantidad y en qué plazo — todo lo cual puede ayudar a los fabricantes a mantenerse en cronograma y debidamente provistos.

2. Lograr un desmoldeo (draft) apropiado

El desmoldeo (draft) se refiere a ángulos cónicos incorporados en el diseño de la pieza que ayudan a asegurar que la pieza sea eyectada suavemente del molde. Un desmoldeo insuficiente no solo hace que la pieza sea más difícil de remover, sino que también puede resultar en dobleces, roturas, deformaciones y acabados superficiales inferiores a medida que el plástico se enfría.

Los componentes elastoméricos típicamente requieren una cantidad significativa de desmoldeo para prevenir que el material se pegue al molde mismo. Agregar textura a los pines eyectores para darles agarre extra es otro método para aumentar la eficiencia de remover piezas de sus moldes.

3. Calibrar el espesor de pared a requisitos específicos

Generalmente, el espesor de las paredes de una pieza debe mantenerse entre 1,5 y 3 mm de espesor y debe ser lo más uniforme posible. Esto ayuda a que la pieza se enfríe más rápido (reduciendo así el tiempo de ciclo), y previene contracción irregular y antiestéticas marcas de hundimiento (sink marks). Si una aplicación de pieza requiere espesores de pared variables, entonces se debe incorporar una transición gradual para mantener la integridad del diseño.

La naturaleza flexible de los materiales elastoméricos permite que las piezas se diseñen con mayor espesor de pared así como variaciones en el espesor de pared. Al aplicar presión durante la producción, los ingenieros pueden moldear o formar el material de maneras que no pueden lograrse a través de moldeo por inyección o al manufacturar con materiales más rígidos.

4. Maximizar la efectividad del sobremoldeo (overmolding)

El sobremoldeo (overmolding) se refiere al proceso de crear una capa de elastómero que luego se adhiere a una pieza rígida no elastomérica. Un ejemplo común de esto es el agarre flexible que se encuentra en muchas herramientas manuales, que proporciona resistencia al deslizamiento y evita que el usuario sostenga plástico o metal rígido — ambos mejoran la seguridad y eficiencia de la herramienta.

Para maximizar la efectividad de un agarre sobremoldeado, los ingenieros necesitan diseñar el producto para permitir buena resistencia de unión entre los materiales elastoméricos y rígidos a través de métodos tanto químicos como mecánicos. La unión química en particular es importante porque los enlaces que se forman entre los dos materiales mejoran la durabilidad y longevidad de la pieza, mientras también eliminan la necesidad de pre-tratamientos superficiales adicionales o adhesivos.

Manufactura eficiente de elastómeros — y más

Los elastómeros son una categoría versátil de termoplásticos similares al caucho que ofrecen cualidades de material significativamente mejoradas. El conjunto único de resistencias químicas y físicas de los elastómeros termoplásticos — así como su alta flexibilidad y resistencia — permiten a los fabricantes producir muchos de los artículos con los que interactuamos a diario, incluyendo desde cámaras de aire de bicicleta hasta trajes de neopreno.

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