Conceptos básicos para trabajar con materiales elastoméricos

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

Los materiales elastoméricos son polímeros sintéticos flexibles que son similares al caucho. Si bien los dos comparten características similares, difieren en algunos aspectos clave. El caucho, por ejemplo, es un compuesto natural derivado del látex. Si bien es un material increíblemente útil y versátil, la composición química del caucho impone ciertas limitaciones de fabricación y también hace que las piezas sean propensas al agrietamiento por ozono. Los elastómeros, por otro lado, son una familia de polímeros a base de petróleo que actúan de manera muy similar al caucho pero ofrecen mejores propiedades materiales.

Este artículo proporcionará una breve introducción a la fabricación con materiales elastoméricos.

Características y propiedades mecánicas de los elastómeros

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

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

Termoplásticos frente a termoestables

Es importante tener en cuenta que hay dos tipos principales de elastómeros:termoplásticos y termoestables. Los termoplásticos se licuan cuando se calientan y se solidifican cuando se enfrían, un proceso que se puede repetir, extendiendo el ciclo de vida del material. Esta cualidad los hace especialmente útiles para la fabricación de piezas moldeadas por inyección en grandes volúmenes. Estos fuertes materiales poliméricos suelen ser resistentes a la contracción, absorbentes de impactos y, además, en gran parte reciclables.

Por el contrario, los plásticos termoestables no se pueden derretir y reutilizar después de que la pieza se haya fraguado. El proceso de curado desencadena una reacción química que incita la formación de enlaces cruzados tridimensionales increíblemente fuertes entre las 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 brindan estos enlaces, los termoestables se usan a menudo para reforzar otros materiales contra el impacto y la deformación.

Cuatro factores importantes para diseñar y fabricar piezas elastoméricas

Para maximizar las propiedades deseadas del material de las piezas elastoméricas, hay algunas consideraciones críticas que los equipos de productos deberían tener en cuenta.

1. Liderar con requisitos claramente definidos

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

El uso de un sistema de planificación de requisitos de materiales (MRP) a menudo resulta beneficioso para los equipos de productos. Estos sistemas, que funcionan retroactivamente a partir de planes y cronogramas de producción, generan listas de requisitos de componentes y materiales que brindan visibilidad sobre qué materiales se necesitan, en qué cantidad y en qué plazo, todo lo cual puede ayudar a los fabricantes a cumplir con el cronograma y contar con los recursos adecuados.

2. Lograr un borrador adecuado

Draft se refiere a los ángulos cónicos incorporados en el diseño de la pieza que ayudan a garantizar que la pieza se expulse suavemente del molde. Un tiro insuficiente no solo hace que la pieza sea más difícil de quitar, sino que también puede provocar dobleces, roturas, deformaciones y acabados superficiales inferiores a medida que el plástico se enfría.

Los componentes elastoméricos generalmente requieren una cantidad significativa de tiro para evitar que el material se adhiera al molde. Agregar textura a los pines eyectores para darles un agarre adicional es otro método para aumentar la eficiencia de la extracción de piezas de sus moldes.

3. Calibre el grosor de la pared según los 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 (lo que reduce el tiempo del ciclo) y evita la contracción irregular y marcas de hundimiento antiestéticas. Si la aplicación de una pieza requiere espesores de pared variables, 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 un mayor espesor de pared, así como con variaciones en el espesor de pared. Al aplicar presión durante la producción, los ingenieros pueden dar forma al material de formas que no se pueden lograr mediante el moldeo por inyección o cuando se fabrica con materiales más rígidos.

4. Maximice la eficacia del sobremoldeo

El sobremoldeo se refiere al proceso de creación de una capa de elastómero que luego se une a una pieza rígida no elastomérica. Un ejemplo común de esto es el agarre flexible que se encuentra en muchas herramientas manuales, lo que proporciona resistencia al deslizamiento y evita que el usuario sujete plástico rígido o metal, los cuales mejoran la seguridad y la eficiencia de la herramienta.

Para maximizar la eficacia de un agarre sobremoldeado, los ingenieros deben diseñar el producto para permitir una buena fuerza de unión entre los materiales elastoméricos y rígidos a través de métodos químicos y mecánicos. La unión química en particular es importante porque mejoran las uniones que se forman entre los dos materiales. la durabilidad y longevidad de la pieza, al mismo tiempo que elimina la necesidad de adhesivos o pretratamientos superficiales adicionales.

Fabricación eficiente de elastómeros y más

Los elastómeros son una categoría versátil de termoplásticos similares al caucho que ofrecen cualidades materiales 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 todos los días, incluido todo, desde cámaras de aire para bicicletas hasta trajes de neopreno.

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