Cómo la fórmula molecular del poliuretano impulsa el desarrollo de productos

Los poliuretanos son materiales plásticos increíblemente versátiles que han llegado a desempeñar un papel importante en los productos que la gente usa cada día. 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 los años 50 y 60, los poliuretanos se utilizaban en elastómeros, adhesivos y espumas de amortiguación flexibles.

Hoy en día, este material es tan ubicuo 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 coches, batas quirúrgicas y mucho más.

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

Poliéster vs. poliéter: ¿cuál es la diferencia?

Lo más común es que los poliuretanos se derivan de poliéteres y poliésteres. Ambos tienen propiedades elásticas, ambos pueden fabricarse a 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 que están eligiendo el mejor poliuretano plástico para su aplicación.

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

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

Los poliuretanos de poliéter, por otro lado, se utilizan en uretanos más duros (por encima de 90A durómetro) y tienden a ofrecer mayor resistencia a la humedad y propiedades más dinámicas que los poliuretanos de poliéster. Este material también tiene mejor rebote, mejor flexibilidad a bajas temperaturas y funciona mejor en aplicaciones de alta velocidad. Sus excelentes propiedades mecánicas también lo hacen adecuado para piezas que experimentarán tensión media a alta.

Las aplicaciones populares del poliéter incluyen ruedas de patines, ruedas de ascensores, rodillos para conformado de chapa metálica y una variedad de aplicaciones aptas para alimentos. Aunque el poliéter se utiliza en uretanos más duros, este material en realidad ofrece menos resistencia a la abrasión que el poliéster y es más propenso a desgarros. También generalmente viene con una etiqueta de precio más alta.

Por qué la formulación del poliuretano importa

Para entender por qué la formulación del poliuretano es tan importante, es útil entender los fundamentos de la química del poliuretano. Los poliuretanos se crean a través de una reacción química entre un poliol y un isocianato, que crea un pre-polímero. Ese pre-polímero se entrecruza (cross-links) luego con un curativo para formar poliuretano. Esta fórmula química del poliuretano puede parecer simple, pero hay mucho espacio para la complejidad y la variabilidad.

Tome los poliuretanos termoendurecibles (thermoset) como ejemplo. Típicamente, estos tipos de poliuretanos están compuestos por esqueletos (backbones) TDI o MDI, que respectivamente ofrecen buenas propiedades mecánicas a temperaturas altas y bajas, combinados con enlaces químicos éter o éster. Los poliuretanos de éster incluyen dos átomos de oxígeno y dos de carbono, mientras que los poliuretanos de éter incluyen solo un átomo de oxígeno y dos de carbono.

Cada combinación única de estos esqueletos y enlaces químicos dará al material resultante diferentes propiedades físicas. También hay docenas de químicos que pueden usarse como 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. Por eso, los ingenieros y los equipos de producto deben evaluar todos los aspectos de su poliuretano plástico prospectivo y evitar elegir un material basándose en uno o dos criterios.

Si dos pelotas rebotadoras de poliuretano tienen la misma dureza pero diferente síntesis química, una podría caer al suelo mientras que la otra podría rebotar hacia arriba. Para asegurarse de que una pieza final funcione exactamente como debería, los ingenieros y los equipos de producto deben tener en cuenta cuidadosamente la formulación del poliuretano durante el proceso de desarrollo del producto.

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Para resumir, los poliuretanos de poliéster son más adecuados para formulaciones de durómetro más bajo, aplicaciones de alta temperatura y piezas que requieren absorción de impactos o vibraciones. Los poliuretanos de poliéter son mejores para formulaciones de durómetro más alto, aplicaciones de alta velocidad o alta tensión, y piezas que estarán expuestas al agua.

Los equipos de producto e ingenieros deben evaluar las formulaciones químicas únicas de cualquier poliuretano prospectivo 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 producto a desentrañar todas las complejidades de la formulación del poliuretano para que puedan seleccionar el poliuretano plástico 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 iniciar un proyecto de la manera correcta. Contáctenos hoy para comenzar y obtener más información sobre los servicios que ofrecemos.

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