Los elastómeros termoplásticos ( TPE ), a veces denominados cauchos termoplásticos ( TPR ), son una clase de copolímeros o una mezcla física de polímeros (generalmente un plástico y un caucho) que consisten en materiales con propiedades tanto termoplásticas como elastoméricas .
Si bien la mayoría de los elastómeros son termoestables , los elastómeros termoplásticos no lo son, por el contrario, lo que los hace relativamente fáciles de usar en la fabricación, por ejemplo, mediante moldeo por inyección . Los elastómeros termoplásticos muestran ventajas típicas tanto de los materiales gomosos como de los materiales plásticos. El beneficio de usar elastómeros termoplásticos es la capacidad de estirarse hasta elongaciones moderadas y volver a su forma casi original, lo que crea una vida útil más larga y un mejor rango físico que otros materiales. [1]
La principal diferencia entre los elastómeros termoestables y los elastómeros termoplásticos es el tipo de enlace reticular en sus estructuras. De hecho, el enlace reticular es un factor estructural crítico que confiere altas propiedades elásticas.
Elastómero termoplástico: Elastómero que comprende una red termorreversible. [2]
Hay seis clases genéricas de TPE comerciales (designaciones según ISO 18064) junto con una categoría no clasificada:
† indica copolímeros de bloque estirénicos (TPE-s).
Para ser considerado un elastómero termoplástico, un material debe tener estas tres características esenciales:
Los TPE se convirtieron en una realidad comercial cuando los polímeros de poliuretano termoplástico se hicieron disponibles en la década de 1950. Durante la década de 1960, se comercializó el copolímero de bloque de estireno y, en la década de 1970, apareció una amplia gama de TPE. El uso mundial de TPE (680.000 toneladas/año en 1990) está creciendo a un ritmo de aproximadamente un nueve por ciento anual.
Los materiales de estireno-butadieno poseen una microestructura bifásica debido a la incompatibilidad entre los bloques de poliestireno y polibutadieno , separándose el primero en esferas o varillas según la composición exacta. Con un bajo contenido de poliestireno, el material es elastomérico con las propiedades predominantes del polibutadieno. En general, ofrecen una gama mucho más amplia de propiedades que los cauchos reticulados convencionales porque la composición puede variar para adaptarse a los objetivos de construcción finales.
Los copolímeros en bloque son interesantes porque pueden "separarse en microfases" para formar nanoestructuras periódicas, como en el copolímero en bloque de estireno-butadieno-estireno (SBS) que se muestra a la derecha. El polímero se conoce como Kraton y se utiliza para suelas de zapatos y adhesivos . Debido a la estructura microfina, se necesitó un microscopio electrónico de transmisión (MET) para examinar la estructura. La matriz de butadieno se tiñó con tetróxido de osmio para proporcionar contraste en la imagen.
El material se fabricó mediante polimerización viva , de modo que los bloques son casi monodispersos , lo que ayuda a crear una microestructura muy regular. El peso molecular de los bloques de poliestireno en la imagen principal es de 102.000; la imagen insertada tiene un peso molecular de 91.000, lo que produce dominios ligeramente más pequeños. El espaciamiento entre dominios se ha confirmado mediante dispersión de rayos X de ángulo pequeño , una técnica que proporciona información sobre la microestructura . Dado que la mayoría de los polímeros son incompatibles entre sí, la formación de un polímero en bloque generalmente dará como resultado una separación de fases, y el principio se ha explotado ampliamente desde la introducción de los polímeros en bloque SBS, especialmente cuando uno de los bloques es altamente cristalino. Una excepción a la regla de incompatibilidad es el material Noryl , donde el poliestireno y el óxido de polifenileno o PPO forman una mezcla continua entre sí.
Otros TPE tienen dominios cristalinos donde un tipo de bloque cocristaliza con otro bloque en cadenas adyacentes, como en los cauchos de copoliéster, logrando el mismo efecto que en los polímeros de bloque SBS. Dependiendo de la longitud del bloque, los dominios son generalmente más estables que estos últimos debido al punto de fusión del cristal más alto . Ese punto determina las temperaturas de procesamiento necesarias para dar forma al material, así como las temperaturas de uso final del producto. Dichos materiales incluyen Hytrel, un copolímero de poliéster-poliéter y Pebax , un copolímero de nailon o poliamida-poliéter.
Dependiendo del entorno, los TPE tienen propiedades térmicas y estabilidad de material excepcionales cuando se exponen a una amplia gama de temperaturas y materiales no polares. [1] Los TPE consumen menos energía para producirse, se pueden colorear fácilmente con la mayoría de los tintes y permiten un control de calidad económico. Los TPE requieren poca o ninguna composición, sin necesidad de agregar agentes de refuerzo, estabilizadores o sistemas de curado. Por lo tanto, no hay variaciones de lote a lote en los componentes de ponderación y dosificación, lo que conduce a una mejor consistencia tanto en las materias primas como en los artículos fabricados. Los materiales TPE tienen el potencial de ser reciclables, ya que se pueden moldear, extruir y reutilizar como los plásticos, pero tienen propiedades elásticas típicas de los cauchos que no son reciclables debido a sus características termoendurecibles. También se pueden moler y convertir en filamento de impresión 3D con un recyclebot .
Los dos métodos de fabricación más importantes con TPE son la extrusión y el moldeo por inyección. Los TPE ahora se pueden imprimir en 3D y se ha demostrado que son económicamente ventajosos para fabricar productos mediante fabricación distribuida . [5] [6] El moldeo por compresión rara vez, o nunca, se utiliza. La fabricación mediante moldeo por inyección es extremadamente rápida y muy económica. Tanto el equipo como los métodos normalmente utilizados para la extrusión o el moldeo por inyección de un termoplástico convencional son generalmente adecuados para los TPE. Los TPE también se pueden procesar mediante moldeo por soplado , calandrado por fusión, [7] termoformado y soldadura por calor .
Los TPE se utilizan cuando los elastómeros convencionales no pueden proporcionar la gama de propiedades físicas necesarias en el producto. Estos materiales encuentran una gran aplicación en el sector automotriz y en el sector de los electrodomésticos. Por ejemplo, los TPE de copoliéster se utilizan en pistas para motos de nieve, donde la rigidez y la resistencia a la abrasión son primordiales. Las olefinas termoplásticas (TPO) se utilizan cada vez más como material para techos. [8] Los TPE también se utilizan ampliamente para catéteres , donde los copolímeros de bloque de nailon ofrecen una gama de suavidad ideal para los pacientes. Las mezclas de silicona termoplástica y olefina se utilizan para la extrusión de perfiles de vidrio y burletes dinámicos para automóviles. Los copolímeros de bloque de estireno se utilizan en suelas de zapatos por su facilidad de procesamiento y ampliamente como adhesivos.
Debido a sus capacidades inigualables en el moldeo por inyección de dos componentes para diversos sustratos termoplásticos, los materiales de TPS diseñados también cubren una amplia gama de aplicaciones técnicas que van desde el mercado automotriz hasta los productos médicos y de consumo. Ejemplos de estos son superficies de agarre suave, elementos de diseño, interruptores y superficies retroiluminados, así como sellos, juntas o elementos de amortiguación. El TPE se usa comúnmente para fabricar bujes de suspensión para aplicaciones de rendimiento automotriz debido a su mayor resistencia a la deformación en comparación con los bujes de caucho regulares. Los termoplásticos han experimentado un crecimiento en la industria de calefacción, ventilación y aire acondicionado ( HVAC ) debido a la función, la rentabilidad y la adaptabilidad para modificar resinas plásticas en una variedad de cubiertas, ventiladores y carcasas.
