Los plásticos de ingeniería se pueden utilizar como materiales de ingeniería y como plásticos para reemplazar metales en la fabricación de piezas de maquinaria, etc. Los plásticos de ingeniería tienen excelentes propiedades integrales, que incluyen alta rigidez, baja fluencia, alta resistencia mecánica, buena resistencia al calor y buen aislamiento eléctrico. Se pueden utilizar durante mucho tiempo en entornos químicos y físicos agresivos y pueden reemplazar a los metales como materiales estructurales de ingeniería, pero son más caros y tienen una producción menor.
Clasificación
Los plásticos de ingeniería se pueden dividir en dos categorías: plásticos de ingeniería generales y plásticos de ingeniería especiales . La primera incluye principalmente cinco plásticos de ingeniería generales: poliamida , policarbonato , polioximetileno , éter de polifenileno modificado y poliéster termoplástico ; la segunda se refiere principalmente a plásticos de ingeniería con una resistencia al calor superior a 150 °C, y las principales variedades incluyen poliimida, sulfuro de polifenileno , polisulfona, poliamida aromática, poliarilato, éster de polifenileno, poliétercetona de arilo, polímero de cristal líquido y fluororesina.
Rendimiento principal
Las características de rendimiento de los plásticos de ingeniería son principalmente:
- En comparación con los plásticos de uso general, tiene una excelente resistencia al calor y al frío, excelentes propiedades mecánicas en un amplio rango de temperaturas y es adecuado para su uso como material estructural;
- Buena resistencia a la corrosión, menos afectado por el medio ambiente y buena durabilidad;
- En comparación con los materiales metálicos, es fácil de procesar, tiene una alta eficiencia de producción, simplifica los procedimientos y ahorra costos;
- Buena estabilidad dimensional y aislamiento eléctrico;
- Peso ligero, alta resistencia específica y excelente reducción de fricción y resistencia al desgaste.
Nuestra historia
Los plásticos de ingeniería experimentaron un rápido desarrollo en la década de 1950. Si bien la resina de nailon 66 se desarrolló con éxito y se puso en producción ya en 1939, en aquel entonces se utilizaba principalmente para fabricar fibras sintéticas. No fue hasta la década de 1950 que rompió con el uso tradicional de fibras puras y se moldeó para fabricar plásticos. El desarrollo de los plásticos de ingeniería fue realmente rápido tras el exitoso desarrollo del polioximetileno y el policarbonato a finales de la década de 1950. Su aparición fue de gran importancia. Gracias a la alta cristalinidad del polioximetileno, posee excelentes propiedades mecánicas, lo que convierte a los plásticos en un material capaz de sustituir a los metales y entrar por primera vez en el mundo de los materiales estructurales. Posteriormente, con el exitoso desarrollo del copolímero de formaldehído y la popularización de las máquinas de moldeo por inyección de tornillo, se consolidó la importancia de los plásticos de ingeniería en el campo de los materiales. El policarbonato es un plástico de ingeniería transparente con excelentes propiedades integrales. Es ampliamente utilizado y uno de los plásticos de ingeniería de más rápido crecimiento. En el campo de los plásticos de ingeniería, su producción y consumo son superados únicamente por la poliamida.
En 1961, DuPont desarrolló con éxito la poliimida, abriendo así el camino al desarrollo de plásticos especiales de ingeniería. La aparición de la poliimida también impulsó el desarrollo de muchos plásticos de ingeniería resistentes al calor, como la polisulfona, el sulfuro de polifenileno y el polibencimidazol, que tuvieron un profundo impacto en el desarrollo de la industria del plástico.
En 1964, General Motors de Estados Unidos puso en producción industrial la resina de éter de polifenileno que había desarrollado.
En 1980, la empresa británica ICI desarrolló con éxito el polieteretercetona (PEEK), un plástico especial de ingeniería con un punto de fusión de hasta 336 °C. El PEEK tiene una excelente resistencia al calor, a la radiación y a los productos químicos, y se puede moldear por inyección, lo que ha atraído una gran atención. Los materiales compuestos hechos de PEEK como matriz y reforzados con fibra de vidrio o fibra de carbono se han utilizado en los campos de la aviación y la industria aeroespacial.
El desarrollo exitoso de polímeros de cristal líquido termotrópicos a mediados de la década de 1980 fue otro evento importante en la historia del desarrollo de plásticos especiales de ingeniería. Los polímeros de cristal líquido tienen una excelente resistencia al calor y se pueden utilizar a temperaturas superiores a 200 °C. Tienen las características de autorreforzamiento, alta resistencia, alto módulo y resistencia química. Tienen baja viscosidad de fusión y son fáciles de moldear. Tienen perspectivas de aplicación muy amplias en la industria electrónica.
Aplicaciones
En comparación con los plásticos de uso general, los plásticos de ingeniería pueden cumplir requisitos más elevados en términos de propiedades mecánicas, durabilidad y resistencia a la corrosión.
Los plásticos de ingeniería se utilizan cada vez más en los automóviles, principalmente en parachoques, tanques de combustible, tableros, paneles de carrocería, puertas, cubiertas de faros, tuberías de combustible, radiadores y piezas relacionadas con el motor.
En maquinaria, los plásticos de ingeniería se pueden utilizar en piezas mecánicas como cojinetes, engranajes, tuercas, sellos y piezas estructurales mecánicas como carcasas, cubiertas, volantes, manijas, sujetadores y juntas de tuberías.
En los aparatos electrónicos, los plásticos de ingeniería se pueden utilizar para cubrir cables y alambres, placas de circuitos impresos, películas aislantes y otros materiales aislantes y partes estructurales de equipos eléctricos.
En los electrodomésticos, los plásticos de ingeniería se pueden utilizar en refrigeradores, lavadoras, aparatos de aire acondicionado, televisores, ventiladores eléctricos, aspiradoras, planchas eléctricas, hornos microondas, ollas arroceras, radios, equipos de sonido y artefactos de iluminación.
En la industria química, los plásticos de ingeniería se pueden utilizar en equipos químicos como intercambiadores de calor, revestimientos de equipos químicos y en tuberías químicas como tubos y accesorios de tuberías, válvulas y bombas.
Debido al rápido desarrollo de las industrias chinas de automoción, electrónica y construcción, China se ha convertido en el país con el crecimiento más rápido en la demanda de plásticos de ingeniería en el mundo. Según el análisis, con el continuo desarrollo de la economía china, la demanda de plásticos de ingeniería aumentará aún más, y las perspectivas de desarrollo de la industria china de plásticos de ingeniería son muy amplias. En la industria de electrodomésticos, la demanda anual de plásticos de ingeniería para refrigeradores, congeladores, lavadoras, acondicionadores de aire y varios pequeños electrodomésticos alcanzará alrededor de 600,000 toneladas. La cantidad de plásticos de ingeniería utilizados en la construcción de infraestructura de comunicaciones, construcción de ferrocarriles y carreteras es aún más sorprendente, y se espera que la demanda total alcance más de 4.5 millones de toneladas en los próximos años.
En 2010, el consumo de plásticos de ingeniería en China alcanzó los 2.443 millones de toneladas, un 11% más que en el año anterior, lo que lo convierte en el país con el crecimiento de la demanda más rápido del mundo; en 2011, el consumo de plásticos de ingeniería en China fue de 2.72 millones de toneladas, un 11.34% más que en el año anterior. Se espera que el consumo de plásticos de ingeniería en China alcance los 3.37 millones de toneladas en 2013 y los 4.17 millones de toneladas en 2015.
Perspectivas de desarrollo.
Según un informe de investigación de Markets and Markets, el valor del mercado mundial de plásticos de ingeniería fue de aproximadamente US$ 53.58 mil millones en 2013 y se espera que alcance los US$ 79.03 mil millones en 2018, con una tasa de crecimiento anual compuesta del 8%.
Los plásticos de ingeniería tienen una amplia gama de aplicaciones debido a su excelente estabilidad, buena resistencia química y térmica y alta resistencia, y su demanda continúa creciendo rápidamente. Uno de los principales usos de los plásticos de ingeniería es reemplazar metales en varias industrias terminales. En particular, las regulaciones ambientales cada vez más estrictas requieren que los automóviles reduzcan las emisiones y mejoren el ahorro de combustible, y los plásticos de ingeniería se están utilizando ampliamente en las industrias automotriz y de transporte. Además, los plásticos de ingeniería también se utilizan ampliamente en electrodomésticos y productos para el hogar, productos eléctricos y electrónicos, maquinaria industrial, embalajes, así como en la industria médica, de la construcción y otras industrias.
En 2014, la región de Asia y el Pacífico ocupó la mayor parte del mercado mundial de plásticos de ingeniería. Según las estadísticas, la región de Asia y el Pacífico representó el 47.9% de la demanda del mercado mundial de plásticos de ingeniería en 2013. Se espera que la región de Asia y el Pacífico continúe manteniendo su posición como el mercado de plásticos de ingeniería más grande del mundo en 2018, seguida por el mercado de Europa occidental. En los próximos cinco años, se espera que la demanda de su mercado de plásticos de ingeniería crezca a una tasa anual promedio del 7.8%.
Tipos principales
Los plásticos de ingeniería incluyen principalmente policarbonato (PC), poliamida (PA), poliacetal (POM), óxido de polifenileno (PPO), poliéster (PET, PBT), sulfuro de polifenileno (PPS), poliarilato, etc.
Poliamida
La poliamida (PA, comúnmente conocida como nailon) ha ganado la atención de la gente debido a su baja gravedad específica única, alta resistencia a la tracción, resistencia al desgaste, buena autolubricación, excelente tenacidad al impacto y rendimiento tanto rígido como flexible. Además, es fácil de procesar, altamente eficiente, ligera en gravedad específica (solo 1/7 del metal) y se puede procesar en varios productos para reemplazar al metal. Se usa ampliamente en las industrias automotriz y de transporte. Los productos típicos incluyen impulsores de bombas, aspas de ventiladores, asientos de válvulas, bujes, cojinetes, varios paneles de instrumentos, instrumentos eléctricos automotrices, válvulas de control de aire caliente y frío y otras piezas. Se consumen aproximadamente entre 3.6 y 4 kilogramos de productos de nailon por automóvil. La proporción de consumo de poliamida en la industria automotriz es la más grande, seguida de la electrónica y la electricidad.
Según los diferentes propósitos de la modificación de la poliamida, esta puede dividirse en tipos de refuerzo, endurecimiento, retardante de llama, relleno y aleación. La investigación sobre nanocompuestos de poliamida también ha logrado grandes avances.
Para obtener materiales de poliamida con mayor resistencia y temperatura de deformación térmica, se añaden fibras o cargas inorgánicas u orgánicas a la matriz de poliamida, y mediante mezcla y extrusión se obtienen materiales compuestos de poliamida de alta resistencia. Existen numerosas variedades de PA reforzada, y prácticamente todos los materiales de poliamida pueden transformarse en variantes reforzadas.
Las principales variedades comerciales son: PA6 reforzado, PA66 reforzado, PA46 reforzado, PA1010 reforzado, PA610 reforzado, etc. Entre ellas, las de mayor producción son las PA6 y PA66 reforzadas. Los materiales de refuerzo de poliamida más utilizados son la fibra de vidrio, la fibra de carbono, la fibra de aramida y también se utilizan fibras inorgánicas para reforzar la poliamida.
Sulfuro de polifenileno
Abreviado como PPS.
Las propiedades destacadas del PPS son: ① buena resistencia al calor, se puede utilizar en el rango de temperatura de 180 ~ 220 ℃; ② resistencia a la corrosión cercana a la del politetrafluoroetileno ; ③ excelentes propiedades eléctricas; ④ excelentes propiedades mecánicas; ⑤ buenas propiedades ignífugas.
Las desventajas del PPS son: ① El precio es demasiado alto. Es de bajo precio entre los plásticos resistentes a altas temperaturas, pero mucho más alto que los plásticos de ingeniería generales; ② Poca tenacidad y fragilidad; ③ Viscosidad inestable durante el procesamiento. El PPS puro rara vez se usa solo debido a su fragilidad. El PPS utilizado son sus variedades modificadas para el rendimiento. Específicamente: PPS reforzado con fibra de vidrio al 40% (R4), PPS con relleno inorgánico (R8), PPS reforzado con fibra de carbono (G6), etc. El PPS se usa en automóviles representando un 45%, en electrónica y electrodomésticos representando un 30%, y en otros campos representando un 25%. El PPS se está desarrollando rápidamente y se espera que se convierta en el sexto plástico de ingeniería más grande.
Polycarbonate
El policarbonato (PC) tiene una resistencia similar a la de los metales no ferrosos y, al mismo tiempo, tiene ductilidad y dureza. Tiene una resistencia al impacto extremadamente alta y no se daña con el martilleo. Puede soportar la explosión de las pantallas de televisión. El policarbonato tiene una excelente transparencia y se puede teñir de cualquier forma. Debido a las excelentes propiedades mencionadas anteriormente del policarbonato, se ha utilizado ampliamente en diversas pantallas de lámparas de seguridad, luces de señalización, placas protectoras transparentes para gimnasios y estadios, vidrio para iluminación, vidrio para edificios de gran altura, reflectores de automóviles, paneles de parabrisas, vidrio para cabinas de aviones y cascos para conductores de motocicletas. El mercado más grande es el de computadoras, equipos de oficina, automóviles y vidrio y láminas de reemplazo. Los CD y DVD son uno de los mercados con mayor potencial.
Polioximetileno
El polioximetileno (POM) es un plástico de ingeniería con un rendimiento excelente, conocido en el extranjero como “acero” y “superacero”. El POM tiene una dureza, resistencia y rigidez similares a las de los metales, y tiene buena autolubricación, buena resistencia a la fatiga y elasticidad en un amplio rango de temperatura y humedad. Además, tiene buena resistencia química. Con un costo menor que muchos otros plásticos de ingeniería, el POM está reemplazando algunos mercados tradicionalmente ocupados por metales, como el zinc, el latón, el aluminio y el acero para fabricar muchas piezas. Desde su introducción, el POM se ha utilizado ampliamente en electrónica, maquinaria, instrumentación, industria ligera diaria, automóviles, materiales de construcción, agricultura y otros campos. En muchos nuevos campos de aplicación, como la tecnología médica y el equipamiento deportivo, el POM también muestra una buena tendencia de crecimiento.
PBT
El tereftalato de polibutileno (PBT) es un poliéster termoplástico. En comparación con otros plásticos de ingeniería termoplásticos, el PBT sin refuerzo presenta mejores propiedades de procesamiento y eléctricas. El PBT tiene una baja temperatura de transición vítrea, cristaliza rápidamente a una temperatura de molde de 50 °C y tiene un ciclo de procesamiento corto. El tereftalato de polibutileno (PBT) se utiliza ampliamente en las industrias electrónica, eléctrica y automotriz. Gracias a su alto aislamiento y resistencia a la temperatura, el PBT se puede utilizar como transformadores flyback para televisores, distribuidores y bobinas de encendido para automóviles, carcasas y bases para equipos de oficina, diversas piezas exteriores de automóviles, ventiladores de aire acondicionado, bases de estufas eléctricas y cubiertas para equipos de oficina.
Óxido de polifenileno
PPO, para abreviar. Tiene excelentes propiedades integrales. Su característica más importante es que tiene una excelente estabilidad dimensional y un aislamiento eléctrico sobresaliente bajo carga a largo plazo. Tiene un amplio rango de temperatura de funcionamiento y se puede utilizar durante mucho tiempo en el rango de -127 a 121 ° C. Tiene una excelente resistencia al agua y al vapor. Los productos tienen alta resistencia a la tracción y al impacto, y buena resistencia a la fluencia. Además, tiene buena resistencia al desgaste y propiedades eléctricas. Se utiliza principalmente para reemplazar el acero inoxidable en la fabricación de equipos médicos quirúrgicos. En la industria electromecánica, se puede utilizar para fabricar engranajes, aspas de sopladores, tuberías, válvulas, tornillos y otros sujetadores y conectores, etc. También se utiliza para fabricar piezas en las industrias electrónica y eléctrica, como esqueletos de bobinas y placas de circuitos impresos.
