Los 5 mejores plásticos resistentes al calor para aplicaciones de alto rendimiento

Los fabricantes tienden a usar metales como níquel y acero inoxidable para aplicaciones de alto rendimiento porque son altamente resistentes al calor. Las aleaciones basadas en níquel, por ejemplo, retienen su resistencia en entornos con altas temperaturas, exposición térmica cíclica y altos niveles de carbono. Aunque el metal tiende a ser más resistente al calor que el plástico, hay muchas instancias en las que los ingenieros se beneficiarían de usar plásticos resistentes al calor para sus aplicaciones de alto rendimiento en su lugar.

Los plásticos resistentes al calor se dividen en dos categorías amplias: termoestables y termoplásticos. Los termoestables son plásticos que se endurecen cuando se exponen al calor y no pueden reformarse después del curado. Los termoplásticos de alto rendimiento son plásticos que se vuelven fundidos cuando se calientan, sólidos cuando se enfrían y pueden volver a fundirse después del enfriamiento. La integridad estructural de los termoplásticos se ve afectada por factores como la temperatura de transición vítrea (Tg) y el punto de fusión inherentes a cada material. Existen opciones de termoplásticos de alto rendimiento que retienen sus capacidades estructurales por encima de 150 °C y a corto plazo por encima de 250 °C.

Además de ser resistentes al calor, estos materiales son resistentes a químicos, corrosión y excelentes aislantes eléctricos y térmicos. Las aplicaciones comunes de alto rendimiento incluyen componentes de pistones en la industria automotriz, conductos de cables en la industria aeroespacial, conectores submarinos en la industria de semiconductores y más. Al diseñar piezas que entrarán en contacto con temperaturas extremadamente altas, los equipos de producto deberían considerar la fabricación con estos cinco mejores plásticos resistentes al calor.

Los 5 mejores plásticos resistentes al calor

Los termoplásticos ganan su resistencia al calor de su estructura molecular. Cuando se añaden anillos aromáticos rígidos a la resina en lugar de grupos alifáticos, la columna vertebral de la cadena molecular se restringe y fortifica de tal manera que se deben romper dos enlaces químicos para romper la cadena. Con esta nueva estructura, la resistencia química y al calor de un termoplástico puede ser igual o mejor que la de un termoestable.

Aquí tienes cinco plásticos que pueden soportar el calor.

1. Polieterimida (PEI)

ULTEM®, el nombre comercial de la polieterimida (PEI), es uno de los pocos termoplásticos amorfos disponibles comercialmente en el mercado actual. Es fuerte, resistente a químicos y llamas, y ha sido un pilar en la industria manufacturera durante más de 35 años. ULTEM destaca porque tiene la mayor resistencia dieléctrica de cualquier termoplástico de alto rendimiento.

Este material tiene un punto de fusión extremadamente alto de 219 °C y una temperatura de servicio continuo máxima de 170 °C, lo que lo hace ideal para placas de circuitos, equipos de esterilización de alimentos y, más notablemente, piezas de aviones. ULTEM es una de las pocas resinas para uso en la industria aeroespacial comercial; supera a otros termoplásticos en resistencia a la fluencia y aguanta bien en presencia de diversos combustibles y refrigerantes. Sin embargo, tiende a agrietarse en presencia de disolventes clorados polares. Este material se puede encontrar en bloqueadores de fuego y fundas de asientos de avión.

Ventajas de ULTEM:

• Mejor resistencia a la fluencia que los termoplásticos
• Aguanta contra combustibles y refrigerantes

Desventajas de ULTEM:

• Tiende a agrietarse en presencia de disolventes clorados polares
• Bastante caro

2. Poliéter éter cetona (PEEK)

PEEK, abreviatura de poliéter éter cetona, es un termoplástico de ingeniería de alto rendimiento semi-cristalino resistente a químicos, desgaste, fatiga, fluencia y calor. Este material es tan fuerte y adaptable a entornos hostiles que los fabricantes lo usan como sustituto del metal en muchas aplicaciones, sin importar la temperatura. El PEEK puede soportar temperaturas de hasta 310 °C por períodos cortos y tiene un punto de fusión superior a 371 °C. Además, tiene la mayor resistencia a la tracción y flexión de cualquier polímero de alto rendimiento.

Debido a su durabilidad similar al metal, el PEEK se usa ampliamente para una variedad de dispositivos médicos, componentes activos en transmisiones de automóviles y piezas exteriores de aviones. Tiene la ventaja añadida de ser fácil de mecanizar mediante moldeo por inyección o extrusión, y el PEEK sólido es compatible con mecanizado CNC.

Este popular termoplástico tiene un par de pequeños inconvenientes, incluida su susceptibilidad a la luz UV y ciertos ácidos. Sin embargo, el PEEK sigue siendo un termoplástico altamente versátil que todos los ingenieros deberían tener en su repertorio.

Ventajas de PEEK:

• Fuerte y adaptable a entornos hostiles
• Mayor resistencia a la tracción y flexión
• Fáciles capacidades de mecanizado por moldeo por inyección
• Compatible con mecanizado CNC

Desventajas de PEEK:

• Susceptibilidad a la luz UV y ciertos ácidos

3. Politetrafluoroetileno (PTFE)

El PTFE, comúnmente conocido como Teflón, es un plástico suave, resistente al calor, de baja fricción con una resistencia química excepcional. Tiene alta resistencia a la flexión, resistencia adecuada a la intemperie y buen poder aislante eléctrico tanto en entornos calientes como húmedos.

El PTFE es único porque es casi completamente inerte químicamente e altamente insoluble en la mayoría de los disolventes, lo que lo hace ideal para aplicaciones de alta temperatura. El PTFE tiene uno de los puntos de fusión más altos de cualquier termoplástico a 327 °C, y un rango de temperatura de operación muy amplio. Es termicamente lo suficientemente estable para usarse entre -200 °C y +260 °C.

El PTFE es más conocido por sus aplicaciones comerciales. También se usa para proteger tuberías de materiales corrosivos, recubrir intercambiadores de calor y proporcionar aislamiento para componentes eléctricos.

El PTFE destaca a temperaturas extremadamente altas y bajas, pero sus propiedades mecánicas son típicamente inferiores a plásticos comparables a temperatura ambiente. Es sensible a la fluencia, abrasión y radiación, y sus humos pueden ser tóxicos. También vale la pena notar que el PTFE es bastante caro de procesar.

Ventajas de PTFE:

• Alta resistencia a la flexión
• Resistencia adecuada a la intemperie
• Buen poder aislante eléctrico en entornos calientes y húmedos

Desventajas de PTFE:

• Inferior a plásticos comparables a temperatura ambiente
• Sensible a la fluencia, abrasión y radiación
• Los humos pueden ser tóxicos
• Bastante caro de procesar

4. Polibenzimidazol (PBI)

El polibenzimidazol (PBI) tiene la mayor resistencia al calor y al desgaste, resistencia y estabilidad de propiedades mecánicas de cualquier termoplástico de ingeniería en el mercado actual. Las fibras de PBI no tienen punto de fusión conocido, no arden y no se adhieren a otros plásticos. Este material tiene una temperatura de servicio continuo máxima de 398 °C en entornos inertes, 343 °C en aire, y potencial de exposición a corto plazo hasta 537 °C.

Por todas sus fortalezas, el PBI es increíblemente caro y difícil de fabricar. Los ingenieros a menudo tienen que usar herramientas de diamante para mecanizar este material, lo que aumenta los costes aún más. Desde un punto de vista de diseño, un gran inconveniente del PBI es su sensibilidad a las muescas. Los diseñadores de productos deben tener cuidado de evitar cualquier borde o esquina afilada y suavizar todos los acabados superficiales.

Ventajas de PBI:

• Alta estabilidad
• Resistencia extrema al calor: la más alta de cualquier termoplástico en el mercado actual
• Las fibras no tienen punto de fusión: no arden ni se adhieren a otros plásticos

Desventajas de PBI:

• Caro y difícil de fabricar
• Alta sensibilidad a las muescas

5. Polidiciclopentadieno (pDCPD)

El polidiciclopentadieno (pDCPD) es un polímero termoestable diseñado a medida para ofrecer una excelente combinación de resistencia química, a la corrosión y al calor, además de rigidez y resistencia al impacto. Este material combina la flexibilidad de moldeo de un termoestable con las características de alto rendimiento de los mejores termoplásticos de ingeniería. Tiene una temperatura de deflexión por calor de hasta 120 °C.

El pDCPD es único porque prácticamente no tiene limitaciones de tamaño o peso de la pieza; piezas con espesores de pared variables, nervios de rigidez moldeados y más no ralentizarán la producción. El pDCPD es un material relativamente nuevo y sus aplicaciones son limitadas por ahora, pero ha mostrado promesa en equipos de procesos químicos resistentes a la corrosión, tanques sépticos y equipos de tratamiento de agua.

Ventajas de pDCPD:

• Combina resistencia química, a la corrosión y al calor
• Sin limitación de tamaño o peso de la pieza: no ralentiza la producción
• Combina flexibilidad de moldeo con alto rendimiento

Desventajas de pDCPD:

• Material nuevo: aplicaciones limitadas

¿Pueden los fabricantes mejorar la resistencia al calor?

Los ingenieros y fabricantes pueden subir la temperatura y mejorar el rendimiento de la mayoría de los tipos de plásticos utilizando aditivos y/o estabilizadores de calor. Los tres tipos más comunes de aditivos son antioxidantes, retardantes de llama y ayudas de procesamiento. Cada aditivo proporciona una característica diferente y contribuye a la durabilidad de un polímero.

Los estabilizadores de calor protegen un polímero del daño por calor durante la fabricación o durante el uso normal de la pieza final, y se añaden a la mayoría de los polímeros hoy en día. Los estabilizadores de calor también pueden preservar la apariencia, resistencia y elasticidad del polímero.

Elige un fabricante experto para ayudar con la selección de materiales

Para aplicaciones de alta temperatura, cualquiera de estos plásticos de alto rendimiento puede realmente soportar el calor. Sin embargo, no cualquier material servirá. Los ingenieros deben hacer su investigación para asegurarse de que están eligiendo el plástico resistente al calor que mejor se adapte a su aplicación particular. Si los ingenieros eligen el material equivocado, arriesgan comprometer la funcionalidad de su pieza y tener que empezar desde cero.

Un socio de fabricación experimentado como Fast Radius puede hacer que el proceso de selección de materiales sea libre de estrés gracias a nuestros servicios de asesoramiento de ingeniería expertos. Podemos ayudar a cualquier equipo de producto a elegir el material adecuado para su pieza y requisitos únicos.

Más allá de la selección de materiales, nuestro equipo de ingenieros y diseñadores experimentados está preparado para agilizar el proceso de desarrollo del producto y entregar piezas de calidad superior a tarifas asequibles y plazos ultrarrápidos, para que cada cliente pueda estar seguro de que está obteniendo el mejor producto por la mejor oferta. Contáctanos hoy para un presupuesto.

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