En las diversas aplicaciones de los productos plásticos, la resistencia al desgaste es un indicador crítico de rendimiento que influye significativamente tanto en la usabilidad como en la vida útil de los componentes plásticos. Dado el creciente uso de plásticos en la industria automotriz, la ingeniería mecánica, la electrónica y otras, mejorar su resistencia al desgaste se ha vuelto más importante que nunca. Para reducir eficazmente la fricción y el desgaste, se utilizan comúnmente dos métodos principales: añadiendo sustancias lubricantes e incorporando materiales de refuerzo. Como resultado, la integración de materiales de refuerzo para mejorar la resistencia al desgaste y la autolubricación se ha convertido en la solución preferida en la industria. A continuación, analizamos siete rellenos de uso común que mejoran la resistencia al desgaste de los plásticos.
Si bien los lubricantes pueden reducir la fricción en cierta medida, presentan desventajas notables. Con el tiempo, los aceites pueden degradarse, disminuyendo su efecto lubricante. Además, requieren mantenimiento y reaplicación regulares, lo que incrementa los costos operativos y la mano de obra. Además, los lubricantes tienden a atraer polvo y residuos, lo que provoca la contaminación de las piezas internas y posibles fallas del equipo.
1. Politetrafluoroetileno (PTFE, teflón)
Descubierto por DuPont en 1938, el PTFE es ampliamente conocido como teflón. Ofrece excepcionales propiedades antiadherentes y una autolubricación excepcional, lo que lo hace ideal para recubrimientos antiadherentes como los utilizados en utensilios de cocina.
Como aditivo resistente al desgaste, el micropolvo de PTFE presenta el coeficiente de fricción más bajo entre todos los aditivos reductores de fricción. Forma una película lubricante suave sobre las superficies de las piezas, reduciendo eficazmente el desgaste, especialmente en aplicaciones de alta carga. La proporción óptima de adición es 15% para plásticos amorfos y 20% para plásticos cristalinos. El micropolvo de PTFE se utiliza ampliamente en plásticos de ingeniería, recubrimientos, tintas, lubricantes y caucho para mejorar la resistencia al desgaste, la resistencia al rayado y las propiedades antiadherentes, a la vez que mejora la lubricación general. Por ejemplo, los componentes de POM reforzados con PTFE demuestran una resistencia al desgaste superior y una vida útil más larga.
2. Disulfuro de molibdeno
El disulfuro de molibdeno (MoS₂) es un lubricante sólido en polvo oscuro con brillo metálico y textura suave. Presenta un rendimiento excepcional a altas temperaturas y presiones, por lo que se considera un lubricante sólido de primera calidad.
En plásticos de ingeniería, se utiliza principalmente para reforzar el nailon. Por ejemplo, el nailon 66 mezclado con MoS₂ presenta mayor rigidez, dureza y estabilidad dimensional en comparación con la resina pura. La estructura cristalina del MoS₂ mejora la capacidad de carga y la resistencia al desgaste del material. Aunque la resistencia al impacto puede verse ligeramente reducida, se utiliza ampliamente en engranajes, rodamientos, sellos y deslizadores para reducir el desgaste y mejorar la fiabilidad operativa.
3. Grafito
El grafito posee una estructura reticular en capas que permite que sus moléculas se deslicen fácilmente con mínima fricción. Esta propiedad es especialmente valiosa en entornos húmedos, donde el agua puede aumentar la fricción.
Como aditivo resistente al desgaste, el grafito se aplica frecuentemente en componentes expuestos al agua, como carcasas de bombas, impulsores y sellos de válvulas. Aumenta significativamente la resistencia al desgaste de los plásticos en condiciones de humedad o bajo el agua, lo que reduce la necesidad de mantenimiento y prolonga su vida útil.
4. Polisiloxano
El polisiloxano es un aditivo migratorio resistente al desgaste. Al añadirse a termoplásticos, migra gradualmente a la superficie y forma una película protectora continua.
La viscosidad del polisiloxano determina su rendimiento: una viscosidad más baja produce una migración más rápida y una mayor resistencia al desgaste. Sin embargo, si es demasiado líquida, puede evaporarse o migrar demasiado rápido, lo que reduce su eficacia. Seleccionar la viscosidad correcta es esencial para un rendimiento óptimo.
5. Fibra de vidrio
La fibra de vidrio es un material inorgánico compuesto principalmente de dióxido de silicio. Ofrece alta resistencia, resistencia térmica y resistencia a la corrosión.
Aunque frágil por sí solo, refuerza significativamente las estructuras plásticas al proporcionar unión mecánica entre las moléculas de polímero. Esta integración mejora la integridad estructural y la resistencia al desgaste. Se utiliza comúnmente en bombas, válvulas, cojinetes, engranajes y soportes para mejorar la durabilidad y la capacidad de carga.
6. Fibra de carbono
La fibra de carbono se produce carbonizando precursores orgánicos a altas temperaturas. Al igual que la fibra de vidrio, mejora la integridad estructural, la resistencia al desgaste y la capacidad de carga.
Sin embargo, es más suave y menos abrasiva que la fibra de vidrio, lo que la hace adecuada para aplicaciones donde se debe evitar rayar la superficie. Sus propiedades autolubricantes la hacen ideal para rodamientos, engranajes y anillos de pistón sin aceite en aplicaciones de alta gama, como la industria aeroespacial y la maquinaria de precisión.
7. Fibra de aramida (kevlar)
La fibra de aramida, desarrollada por DuPont en la década de 1960, es una fibra sintética de alta resistencia con excelente resistencia térmica y química. Es de cinco a seis veces más resistente que el acero.
Como aditivo resistente al desgaste, es más suave y menos abrasivo que las fibras de vidrio o carbono. Resulta especialmente útil en aplicaciones donde la protección de superficies es crucial. Por ejemplo, en combinación con polietileno de ultra alto peso molecular, se utiliza en cascos tácticos para mejorar la resistencia al desgaste y la absorción de impactos.
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