informe tecnico poliuretanos

INFORME TECNICO POLIURETANOS
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1. ELASTOMEROS DE POLIURETANO
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
1.7.
¿Qué son los elastómeros de poliuretano?
Estructura físico-química
Clasificación de los poliuretanos
Usos y aplicaciones
Proceso productivo
Ventajas e inconvenientes del poliuretano
Poliuretanos MACLA
2. POLIURETANOS DE COLADA
2.1.
Tipos
2.2.
Propiedades mecánicas.
2.3.
Dureza
2.4.
Tracción y compresión
2.5.
Elasticidad
2.6.
Resistencia al desgarre
2.7.
Abrasión y desgaste
2.8.
Amortiguación
2.9.
Rozamiento
2.10.
Capacidad de carga
2.11.
Histéresis y disipación de energía
2.12.
Propiedades eléctricas y caloríficas
2.13.
Resistencia química y frente a agentes exteriores
2.14.
Tabla general de resistencias
2.15.
Condiciones de trabajo
2.16.
Contacto con productos alimentarios
2.17.
Adhesión a metal
2.18.
Mecanizado
3. POLIURETANO PRENSADO
4. POLIURETANOS INYECTADOS – TPU
5. POLIURETANO CELULAR
6. DICCIONARIO-GLOSARIO
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ITP: 09/09/2009
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MACLACEL
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m.r. Macla
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TEL 93 741 29 00
FAX 93 741 29 50
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1
1.1.
ELASTOMEROS DE POLIURETANO
¿Qué son los elastómeros de Poliuretano?
Son materiales sintéticos con una elasticidad similar a la del caucho pero con unas
propiedades mecánicas y resistentes excepcionales, que confieren a las piezas una
duración muy superior.
La explicación está en la forma de su molécula, que aúna resistencia y elasticidad en el
mismo polímero.
1.2.
Estructura físico-química
El Poliuretano está formado esencialmente por la reacción de poliadición entre isocianatos
y polioles, a los que se incorporan catalizadores, aditivos y ocasionalmente pigmentos.
Según el tipo de isocianato, poliol y la composición de su fórmula se obtienen los distintos
tipos y durezas.
OCN--—prepolímero—--NH—C—O--—diol--—NH—C—O—--prepolímero—NCO
O
II
O
II
uretano
O
uretano
O
grupo uretano
grupo uretano
El Poliol forma los segmentos largos, blandos y elásticos del elastómero, mientras que el
Isocianato da lugar a los segmentos duros.
La proporción entre unos segmentos y otros dará lugar a las diferentes durezas.
La utilización de reticulantes, propicia la formación de una red o retícula entre las partes
lineales del polímero.
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1.3 Clasificación de los Poliuretanos
Según la formulación y el proceso, los poliuretanos pueden ser:
Espumas
Rígidas
Medias
Flexibles
Compactos
Elastómeros
Colada
Prensado
Inyección
Extrusión
Celulares
Existen otros tipos para la obtención de pinturas, barnices, adhesivos, aislamientos, etc.
1.4 Usos y aplicaciones
Por un lado, los poliuretanos cubren el espacio existente entre el caucho y los plásticos.
Por otro lado pueden sustituir con ventaja otros materiales, como madera o metales.
Al combinar dureza, elasticidad y resistencia mecánica como propiedades fundamentales,
las piezas fabricadas con Poliuretano poseen unas características propias inmejorables.
Se tratan, básicamente de un caucho antidesgaste, de altas propiedades, participando
de las posibilidades que ofrecen los plásticos u otros materiales rígidos.
Los elastómeros de Poliuretano se emplean en piezas sometidas a exigencias de trabajo
muy duras y que requieran a la vez una alta fiabilidad y duración.
- Resistencia al desgaste y a la abrasión
- Elasticidad
- Amortiguación de impactos o vibraciones
- Capacidad de carga
- Resistencia mecánica
Ejemplos: Ruedas, rodillos, collarines y juntas, acoplamientos elásticos, guías deslizantes,
hidrociclones, expulsores de matricería, etc.
En general, toda pieza sometida a desgaste, rozamiento, flexión, carga, impactos, etc.
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1.5. Proceso productivo
POLIOL
Poliéster
Poliéter
Policaprolactona
FORMULACION
DOSIFICACION
REACCION
MEZCLA DE LOS
COMPONENTES
ISOCIANATO
NDI
MDI
TDI
Reticulantes
Catalizadores
Aditivos
Colorantes
COLADA
COLADA
INYECCION
PRENSADO
PRENSADO
INYECCION
Fabricación
pieza en
molde
PRIMER
TRATAMIENTO
TERMICO
Formación de enlaces
químicos entre las
moléculas
ACABADOS
Mecanizados
Montajes
SEGUNDO
TRATAMIENTO
TERMICO
Indispensable
para alcanzar
las más altas
propiedades
Nota: en este esquema se han omitido los controles de calidad
La selección del poliol y del isocianato, así como de los diversos aditivos posibles, se realiza en función de
las propiedades buscadas para cumplir mejor con las demandas de la aplicación final de la pieza.
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1.6 Ventajas e inconvenientes del poliuretano
VENTAJAS
Mayor capacidad de carga y duración que las ruedas
fabricadas con los mejores cauchos.
Igual carga con menor tamaño.
Rápida recuperación elástica incluso a bajas temperaturas
No marcan el suelo.
Es el material elástico de menor desgaste.
La resistencia al desgaste por abrasión es muy superior
a cualquier caucho o plástico.
En aplicaciones húmedas , como las cuchillas quitanieves,
hidrociclones, etc. dura más que el acero.
Flexible y elástico como los cauchos naturales o
sintéticos que se emplean en aplicaciones de automatización
y robótica, su duración es varias veces superior
Especialmente resistente a la fatiga por flexión contínua
El poliuretano celular, une en una misma pieza,
resistencia mecánica y amortiguación.
Extraordinaria absorción de energía en choques o impactos
Amortiguador de ruidos y vibraciones
Su compresibilidad es superior al 80%, recuperando al 100%
Los métodos de transformación del poliuretano permiten
la fabricación de series largas, medias o cortas con bajos
costes de utillajes
Se fabrican semielaborados en formatos estándar de
fácil mecanización mediante maquinaria convencional
de taller
Se adaptan asi a todas las necesidades.
INCONVENIENTES
Son algo más caros que los cauchos normales
No resisten al agua caliente o a más de 80ºC
No resiste a ácidos y bases concentrados
Sufren hidrólisis en climas tropicales
Necesitan curación tras la fabricación
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Pero son más rentables porque duran más
Son casos excepcionales
Muy pocas aplicaciones lo requieren
Existen fórmulas especialmente adecuadas
Alcanzan las mejores propiedades mecánicas
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1.7 Poliuretanos MACLA
Macla fabrica 4 tipos de elastómeros de Poliuretano:
COLADA Y CENTRIFUGADO
VULKOLLAN
Es el primero, más conocido y de mejores carácterísticas.
Producido bajo licencia, única y exclusivamente con productos de Bayer-Leverkusen,
sus componentes son Poliester Vulkollan® e Isocianato NDI-Desmodur 15®.
Sus propiedades no son igualadas por ningún otro poliuretano y se utiliza en las
aplicaciones más comprometidas y exigentes.
MACLATAN
Esta denominación abarca toda la gama de Poliuretanos formulados por MACLA y
adaptados a las características de la aplicación a desarrollar.
Base Química: Poliéster, Poliéter, Policaprolactona, MDI, TDI.
PRENSADO
VULKOLLAN 1800W
Fabricado también con licencia y productos de Bayer-Leverkusen, se reticula con agua
para producir un gas espumante. Prensado en prensas de compresión hidráulica, se
obtienen piezas sumamente elásticas y flexibles, con las más elevadas características,
permitiendo obtener paredes sumamente delgadas y formas complicadas.
INYECCION
MAC
Partiendo de granza sólida y por el clásico procedimiento de inyección modificado para
Poliuretano, se obtienen piezas de gran precisión en series medias y largas con una
amplia gama de durezas.
COLADA CELULAR
MACLACEL / ACLACELL / AUTAN
Bajo este nombre comercial se fabrican piezas de estructura celular, con células abiertas y
cerradas, con elevadas características mecanicas.
Se distingue, por encima de otras propiedades, por su elevadísima compresibilidad, que es
superior al 80% y se mide por densidad.
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POLIURETANOS DE COLADA
2.1. TIPOS
Atendiendo a su composición química, clasificamos a los poliuretanos en los
siguientes tipos:
Base Isocianato NDI + Poliester + Reticulante
Nombre comercial: VULKOLLAN
Durezas desde 60º Shore A. hasta 96º Shore A
Todo tipo de aplicaciones.
Base Isocianato MDI + Poliéter + Reticulante
Base Isocianato MDI + Policaprolactona + Reticulante
Nombre comercial: MACLATAN E MACLATAN K
Durezas desde 80º Shore A. hasta 95º Shore A
Aplicaciones dinámicas
Base Isocianato MDI + Poliéster + Reticulante
Nombre comercial: MACLATAN M
MACLATAN Q
Durezas desde 50º Shore A. hasta 55º Shore D
Aplicaciones resistentes y antidesgaste
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2.2 PROPIEDADES MECANICAS
PROPIEDADES MECANICAS DEL
MACLATAN E y K
(aplicaciones con carga dinámica)
Valores promedio
Para aplicaciones en las que se precisen:
Elevados esfuerzos dinámicos
Buena y rápida respuesta elástica
Buen comportamiento a bajas temperaturas
Resistencia a la abrasión por impacto
Buena recuperación elástica, con una excelente compresión Set
Excelente resistencia a la hidrólisis
Resistencia al agua marina o entornos cálidos (tropicales)
Resistencia a los microorganismos
Muy buena flexibilidad a cualquier temperatura
Buena relación entre Elasticidad y Capacidad de carga
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PROPIEDADES MECANICAS DEL
MACLATAN M y Q
(aplicaciones resistentes y antidesgaste)
Valores promedio
Para aplicaciones en las que se precisen:
Elevada capacidad de carga estática
Buena relación entre dureza y respuesta elástica
Buen comportamiento frente a aceites, grasas, gasolinas y ozono.
Excelente resistencia a la abrasión por fricción o roce.
Elevada resistencia al desgarre y desgarre progresivo
Resistencia frente a agentes químicos agresivos (en concentraciones bajas)
Resistencia a los microorganismos
Resistencia a los impactos.
Resistencia al corte
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PROPIEDADES MECANICAS DEL VULKOLLAN
Valores promedio
El Poliuretano VULKOLLAN reúne las más elevadas prestaciones, entre las que destacan las siguientes:
Elevadísima capacidad de carga dinámica
Buena respuesta elástica a cualquier temperatura
Buen comportamiento elástico a bajas temperaturas
Resistencia a la abrasión por impacto y roce
Buena recuperación elástica, con una excelente compresión Set
La mejor resistencia de un poliuretano frente agentes químicos
Reducida histéresis y excelente disipación del calor y energía interna
Gran resistencia al corte y desgarre
Excelente comportamiento a la compresión.
Resistente a aceites, grasas, gasolinas, rayos UVA y ozono.
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2.3 DUREZA
Los Elastómeros de Poliuretano pueden formularse para obtener una amplia gama de
durezas, según las propiedades que se precisen en cada aplicación concreta.
Podemos hablar de durezas comparables a un hueso o a una bola de golf o por el contrario
inferiores a una goma de borrar, por citar dos ejemplos extremos.
La dureza se mide con el Durómetro y se emplean principalmente dos tipos de escala:
Escala Shore A para los tipos blandos (hasta los 95º Sh.A) y la escala ShoreD para los
más duros.
Los durómetros tienen una aguja que aprieta contra la superficie plana del elastómero.
Las mediciones hechas contra superficies abombadas o redondeadas no son fiables.
El ensayo de dureza se realiza en laboratorio siguiendo la Norma DIN 53505 que cuantifica
el grosor del material a ensayar, la fuerza a aplicar y la duración del ensayo.
Durante cada proceso de fabricación se realizan probetas según la norma indicada para
verificar la obtención de la dureza deseada.
Poliuretanos de la misma dureza pueden tener propiedades muy diferentes, según su
formulación química, como se puede ver en las tablas de características.
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2.4 COMPORTAMIENTO A LA TRACCIÓN
Los elastómeros de poliuretano presentan una gran resistencia a la tracción pese a ser
materiales elásticos.
La curva de carga-alargamiento, distinta según la dureza ensayada, muestra la elevada
robustez del material. Incluso los tipos más duros alcanzan un buen alargamiento.
La medición de tensión de tracción se realiza en dinamómetros empleando probetas
en forma de haltera, que se someten a alargamientos del 100%, 300% y hasta la rotura,
que en algunos casos alcanza un valor de 7 veces el tamaño original.
Los controles de tracción se utilizan también para comprobar la calidad de las formulaciones
y como control sistemático de la producción
COMPORTAMIENTO A LA COMPRESION:
El ensayo somete la probeta a compresión durante un período de tiempo, se
retira la fuerza que la comprimía y se mide la deformación residual y el valor
de la recuperación.
Si el ensayo se realiza a temperatura controlada se denomina "compresion set"
Los tests se efectúan a diferentes durezas y con intervalos de tiempo y de temperatura
diferentes.
Algunos plásticos tienen un elevado módulo y compresibilidad pero una baja elongación.
Por el contrario, los cauchos tienen una elevada elongación pero un bajo módulo y escasa
compresibilidad. Estas combinaciones son las que otorgan a las piezas duración y dureza.
Los poliuretanos poseen unos valores elevados en los tres casos y por ello son muy aptos
para fabricar piezas con altas prestaciones.
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2.5 ELASTICIDAD
El término elasticidad define la propiedad de un material que, tras sufrir una deformación
por estiramiento, tensión o compresión recupera su forma y dimensión original.
El límite elástico indica el punto de deformación a partir del cual el material ya no recupera
al 100% su estado inicial.
El Módulo de Elasticidad en los elastómeros, al igual que en un acero, representa la
relación entre el incremento de esfuerzo y la deformación producida.
Si el esfuerzo es una tensión o una compresión, el módulo se denomina Módulo de Young.
Es un valor constante e independiente del esfuerzo, siempre que no exceda de un valor
máximo denominado límite elástico.
En los elastómeros se distingue entre dos módulos de elasticidad: dinámico y estático.
Cuanto mayor es el valor del módulo, menor es la deformación elástica resultante de la
aplicación de un esfuerzo dado.
El Módulo de Young puede variar en función de parámetros como la temperatura y otros.
Conviene no confundir elasticidad con plasticidad, que es la propiedad de un material a
soportar una deformación permanente sin fractura.
Por ello, un material plástico no tiene porque ser necesariamente elástico.
A diferencia de lo que ocurre con los cauchos o goma, el poliuretano no tiene que ser
necesariamente blando para tener una buena resiliencia.
Incluso tipos de dureza muy alta siguen manteniendo elevados valores de resiliencia.
La resiliencia es la energía elástica que es capaz de absober un material, energía que es
devuelta cuando se retira la carga que deforma el material y éste recupera su forma.
Viene representada por el área bajo la curva tensión-deformación del material.
En el laboratorio se mide la resiliencia o elasticidad al rebote.
El ensayo consiste en dejar caer pendularmente un martillo de masa controlada.
La elasticidad se mide mediante el porcentaje de rebote que tiene lugar.
Cuanto mayor es el rebote, menor es la energía que se absorbe en el elastómero y que se
transforma en calor.
Los valores de elasticidad al rebote en los elastómeros de poliuretano pueden modificarse
mediante la formulación y alcanzan valores entre el 20% y el 70%.
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2.6 RESISTENCIA AL DESGARRE
Esta es una de las magnitudes más difíciles de determinar en el laboratorio, pero es una
de las propiedades por las que el poliuretano es más apreciado frente a otros elastómeros.
La medición al desgarre progresivo, se realiza para determinar la resistencia estructural.
Se practica un corte en la probeta y se somete a tracción.
Los valores de alta resistencia al desgarre garantizan el funcionamiento seguro del material,
incluso cuando las piezas están dañadas por ejemplo, cuando han sufrido cortes.
La gran diferencia del poliuretano frente a otros elastómeros estriba en que, todo y que se
hayan producido cortes, eston no progresan, con lo que la pieza no perderá funcionalidad.
El módulo de cizallamiento en los tipos usuales de poliuretano es prácticamente constante
en un intervalo de temperaturas desde 0 a 100ºC.
En este intervalo no se aprecia ningún reblandecimiento como sí ocurre, por ejemplo con
materiales termoplásticos.
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2.7 RESISTENCIA A LA ABRASIÓN
Esta es la propiedad más destacada de los elastómeros de poliuretano.
La resistencia a la abrasión, en comparación con caucho natural de igual dureza,
es de 2 a 8 veces superior. En cualquier caso es también superior a la de todos los
materiales de origen polimérico.
En condiciones óptimas de lubricación (medio húmedo), el Poliuretano puede ser
incluso más resistente al desgaste que el acero.
Conviene distinguir dos tipos de abrasión o desgaste: El desgaste por fricción o roce
y el desgaste por impacto o choque, para determinar qué formulación de Poliuretano
será la más indicada en cada caso.
La resistencia a la abrasión es una propiedad compleja y por ello les sugerimos que en
caso de duda se dejen aconsejar por nuestras experiencias para emplear las formulaciones
más adecuadas.
La resistencia a la abrasión, combinada con la resistencia al desgarre, da como resultado
una excepcional duración de servicio
Además, permite sustituir otros elastómeros, principalmente caucho, con piezas de menor
peso y tamaño con la consiguiente reducción de coste.
La abrasión se mide en un test que indica la
pérdida de peso y/o volumen de una probeta
tras un tiempo de ensayo con materiales abrasivos.
Cuanto menor sea la pérdida de peso o volumen
mejor será el comportamiento a la abrasión.
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2.8 AMORTIGUACIÓN
El poliuretano posee un elevado poder de amortiguación como aislante de vibraciones.
No es fácil encontrar un material que reúna buenas propiedades mecánicas y a la vez sea
un buen amortiguador, tanto de vibraciones como también de impactos o ruidos.
El material sometido a esfuerzos dinámicos se calienta poco.
Esta es una ventaja muy importante en las ruedas macizas y bandas de rodadura.
Gracias a sus propiedades antivibratorias, con el uso de poliuretano se han solucionado
multitud de problemas aparentemente insolubles.
Su capacidad de amortiguación, unido a sus otras excelentes propiedades, permite
emplearlo en la construcción de elementos para muy diversa maquinaria que sean a la vez
resistentes, antivibratorios y silenciosos.
A temperatura ambiente, la amortiguación relativa se sitúa entre el 20 y el 30%.
Comparativamente con otros materiales elásticos de la misma resistencia y alargamiento
a la rotura, el poliuretano destaca como un excelente amortiguador.
Se ha constatado que la amortiguación alcanza su máximo por debajo de los 0ºC,
disminuyendo a temperaturas más bajas y más altas, sin que llegue a desaparecer.
A baja temperatura el material tiende a calentarse interiormente por efecto de la misma
amortiguación, situándose en una zona de Módulo de Elasticidad favorable.
A temperaturas altas la amortiguación disminuye, lo que evita incrementos excesivos de
temperatura que podrían perjudicar al material.
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2.9 COEFICIENTE DE ROZAMIENTO
El poliuretano tiene un coeficiente de rozamiento relativamente bajo que decrece rápidamente conforme aumenta la dureza.
Por el contrario, cuanto más baja sea la dureza, mayor es el coeficiente de rozamiento.
Como orientación, para deslizamiento en seco, los valores medios son:
Tipos blandos, hasta 85ºSh.A, µ entre 0,3 y 0,4
Tipos duros de más de 85ºSh.A, µ entre 0,15 a 0,25.
Esta característica, unida a su excepcional resistencia a la abrasión y su elevada capacidad de carga explica el mínimo desgaste que sufren las piezas incluso en condiciones de
trabajo desfavorables o extremas.
Tiene una especial importancia la naturaleza de la superficie con la que estará en contacto
el Maclatan al considerar el rozamiento.
En un ensayo de deslizamiento se alcanzó un valor µ 0,04, con poliuretano sobre acero
pulido y lubricado con aceite.
Para ruedas de tracción, es muy importante que posean un buen "grip", es decir, que no
resbalen, sobre todo cuando la superficie de contacto es deslizante, como en cámaras
frigoríficas, pendientes, etc.
Gracias a la gran capacidad de carga del poliuretano, incluso con durezas bajas se logra
una capacidad de carga aceptable, obteniéndose la mejor relación carga/agarre.
A menor dureza mayor efecto de agarre al aumentar el rozamiento, mientras que a mayor
dureza disminuirá el coeficiente de rozamiento y consecuentemente el agarre.
Coeficiente de friccion
para ruedas
seco
mojado
aceitado
hormigón
0,55
0,4
0,2
Asfalto
0,4
0,3
0,1
Acero
0,3
0,1
0,0..
Valores experimentales relativos, a modo de comparación
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2.10 CAPACIDAD DE CARGA
Esta es una propiedad derivada del excelente comportamiento del Poliuretano a la compresión.
Su fuerte estructura admite, con dimensiones idénticas, cargas mucho más elevadas que
cualquier caucho de igual dureza, aún para altos esfuerzos dinámicos.
Las piezas sometidas a cargas permanentes tienen un asentamiento (reducción de la altura
inicial) mucho más reducido que piezas similares de caucho. Esta disminución de altura
depende de la dureza del material, hallándose entre un 5 y un 10%.
Como consecuencia de este excelente comportamiento bajo carga, el poliuretano tiene un
enorme campo de aplicación en ruedas industriales sometidas a grandes esfuerzos, en
condiciones de trabajo muy extremas y a las que se exija una alta fiabilidad y duración.
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2.11 HISTÉRESIS Y DISIPACIÓN DE ENERGÍA
La histéresis es la cantidad de energía que se disipa en un ciclo de deformación.
Es el resultado de la fricción intermolecular y se manifiesta convirtiendo la energía mecánica
en calor.
Si sometemos un material a compresión y posteriormente liberamos la tensión, el material
recupera casi su forma inicial y el proceso libera energía.
Las curvas de carga y descarga no coinciden. Entre ellas aparece una zona proporcional a
la energía disipada.
Cuanto menor es esta zona de histéresis, mejor se comporta el material, especialmente
cuando se somete a esfuerzos dinámicos repetitivos.
Es importante en el diseño de una pieza evitar formas que dificulten la disipación de calor
En los elastómeros es vital evitar la aparición de calor para obtener el mayor rendimiento
de una aplicación.
Cualquier pieza sometida a un esfuerzo tenderá a incrementar su temperatura.
Para un elastómero, su límite de aplicación vendrá dado en función de la máxima temperatura
que alcance.
Lo ideal es mantener una temperatura por debajo de los 50ºC, aunque depende de las
distintas formulaciones y por ello es importante que la pieza pueda disipar la misma cantidad
de calor que el esfuerzo mismo genera.
En algunas aplicaciones y siempre que no sea de forma continuada, se pueden alcanzar los
80ºC, aunque no es aconsejable pasar de esta temperatura, ya que el material se ablanda de
forma acelerada.
No obstante pueden alcanzarse los 120-130ºC siempre que sea por cortos intervalos de
tiempo. Sobrepasando los 140-150ºC se dañaría irreversiblemente el poliuretano.
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2.12 PROPIEDADES ELECTRICAS Y CALORIFICAS
El poliuretano, en sus formulaciones básicas, es totalmente aislante del calor y de la
electricidad.
La absorción de la humedad ambiental puede reducir su resistividad,por lo que
generalmente no es aplicado como aislante.
Existen formulaciones con aditivos especiales que convierten el poliuretano en
Conductor eléctrico, sin perder sus propiedades mecánicas y resistentes.
El calor específico para los tipos 1800 y 3000 es de 0,45 Cal/ºC y la conductividad
térmica es de 0,25 Kcla/mhºC.
Clases de ensayo
Dimensión
Norma de
ensayo
Probeta
Maclatan
1800 S-40
Maclatan
1800
Maclatan
3000
Resistencia a la perforación
en seco
kV/mm
VDE 0303
Parte 2
DIN53481
95mm Ø
22
18
21
Resistencia específica al
paso por descarga de la
corriente electrica en seco
ohmios x cm
VDE 0303
Parte 3
DIN53482
95mm Ø
2 x 1011
5 x 1010
3 x 1011
Resistencia superficial en
seco 24 horas de inmersión
en agua
ohmios
VDE 0303
Parte 3
DIN53482
Barran
normal
4 x 1010
3 x 108
5 x 1010
9 x 109
1 x 1011
1 x 1010
Resistencia entre clavijas en
seco 4 dias a la humidad
relativa del 80%
VDE 0303
Parte 3
DIN53482
Barran
normal
9 x 1010
1 x 1010
2 x 1011
6 x 109
3 x 1011
2 x 1010
Constante dieláctrica r a
600Hz 1MHz
VDE 0303
Parte 4
DIN53484
95 y 30
mm Ø
7,5
7,1
7,6
7,1
6,7
6,4
VDE 0303
Parte 4
DIN53484
95 y 30
mm Ø
0,015
0,073
0,016
0,058
0,017
0,050
Factor de pérdida tg
800Hz
a
Existen formulaciones con aditivos especiales que convierten el poliuretano en
conductor eléctrico, sin perder sus propiedades mecánicas y resistentes.
Según el valor de su conductividad se clasifica en:
Aislante
Antiestático
Disipativo
Conductor
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Conductividad
> 1012 Ω
10
12
10 Ω hasta 10 Ω
106Ω hasta 1012Ω
101Ω hasta 106Ω
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MACLACEL
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2.13 RESISTENCIA QUIMICA Y FRENTE A AGENTES EXTERIORES
Resistencia química
La resistencia a ácidos y álcalis de concentraciones elevadas no es satisfactoria.
Concentraciones de pH entre 5,5 y 8 son tolerables.
Alcoholes, cetonas y ésteres causan degradación, sobre todo a temperaturas altas.
Hidrocarburos alifáticos producen un efecto bajo; en cambio los aromáticos le atacan,
sobre todo a temperaturas elevadas.
Los disolventes clorados también le atacan, sobre todo a las formulaciones blandas.
Resistencia a gasolinas y aceites
El poliuretano se distingue por su buena resistencia a las gasolinas.
La presencia de aditívos aromáticos o alcoholes pueden ser perjudiciales.
La resistencia a las grasas y aceites es excelente, simpre que estos no contengan
aditivos aromáticos.
Resistencia al agua:
El Poliuretano puede trabajar en contacto con agua conservando íntegras sus propiedades hasta los 50ºC.
Por encima de esta temperatura es produce una progresiva disminución de sus
propiedades mecánicas.
Si se sabe que las piezas van a estar en contacto con agua es conveniente utilizar
formulaciones especialmente indicadas para estas condiciones de trabajo.
Resistencia a la intemperie:
En general, la acción de los rayos ultravioleta produce un oscurecimiento progresivo.
Este fenómeno es particularmente acusado en las formulaciones del Vulkollan®
No obstante este defecto aparente es solamente visual y no afecta las propiedades.
Para piezas que trabajen en el exterior o ambientes tropicales es conveniente utilizar
formulaciones modificadas o incluso realizar ensayos previos.
Temperaturas de trabajo:
El intervalo normal de trabajo se situa entre los -20ºC hasta los 80ºC.
Lo ideal, para mantener integras las propiedades, es no superar los 50ºC.
Pueden alcanzarse puntas extremas de -30ºC y de 120ºC.
Resistencia al oxigeno:
El efecto del oxígeno y del ozono sobre los poliuretanos es muy escaso
Resistencia al envejecimiento:
Como todo material , el poliuretano envejece (saponificación), sobre todo si no trabaja.
De todas formas, como se emplea en trabajos duros y continuados, las piezas mueren
antes por el trabajo en sí que por envejecimiento.
Resistencia a la llama:
El poliuretano no es inflamable. Es combustible, pero la combustión es lenta y tiende
a ser autoextingible. Pueden emplearse piroretardantes en formulaciones especiales.
Resistencia a los microorganismos:
El ataque de hongos, mohos y fungicidas es generalmente muy débil.
Si resultara imprescindible pueden incorporarse fungicidas en formulaciones especiales.
Resistencia a las radiaciones:
El poliuretano tiene una elevada resistencia a los efectos degradantes de los rayos
gamma. Probetas expuestas a una radiación elevada de 1x109 Röntgens no presentaron grietas ni reducción de sus propiedades.
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Efecto nulo
Severo a destrucción total
2.14 TABLA DE RESISTENCIAS Y COMPATIBILIDADES
Efecto débil o moderado
? Sin datos. A ensayar.
x Probablemente incompatible
Acetaldehido
Acético, ácido, 20%
Acético, ácido, 30%
Acético, ácido, glacial
Acético, anhidrico
Acetona
Agua 50ºC
Agua 100ºC
Agua de mar
Algodón, aceite
Aluminio, cloruro de
Aluminio, sulfato de
Amílico, alcohol
Amilo, acetato de
Amoníaco, anhidro
Amónico, cloruro
Amónico, hidróxido
Amónico, sulfato
Anilina
ASTM Aceite nº1 70ºC
ASTM Aceite nº3 70ºC
ASTM Fuel referen. A
ASTM Fuel referen. B
ASTM Fuel referen. C
Azufre, dióxido líquido
Bario, hidróxido soluciones
Benceno
Benzoilo, cloruro de
Borax, soluciones de
Bórico, ácido
Bromo, líquido anhidro
Butano
Butilo, acetato de
Butiraldehido
Cálcico, bisulfito
Cálcico, cloruro
Cálcico, hipoclorito 5%
Cálcico, hipoclorito 20%
Carbono, dióxido de
Carbono, monóxido de
Carbono, sulfuro de
Carbono, tetracloruro de
Cerveza
Cianhídrico, ácido
Ciclohexano
Cítrico, ácido
Clorhídrico, ácido 20%
Clorhídrico, ácido 37%
Cloroacético, ácido
Clorobenceno
Cloroformo
Cloro gas, húmedo
Cloro gas, seco
Clorosulfónico, ácido
Cobre, cloruro de
Cobre, sulfato de
Cola
Creosota, aceite de
Crómico, ácido 10-50%
Decapado, solución de
Dibutilo, ftalato de 70ºC
Dietilo, sebacato de
Dioctilo, ftalato de
Esteárico, ácido
Estireno
Etilenglicol
Etileno, dicloruro de 49ºC
Etileno, óxido de
Etílico, alcohol
Etílico, éter
Etilo, acetato de
Etilo, cloruro de
Fenol
Férrico, cloruro
Fluorhídrico, ácido 48%
Fluorhídrico, ácido 75%
Fluorhídrico, ácido anhidro
Fluosilícico, ácido
Formaldehido, 40%
Fórmico, ácido
Fosfórico, ácido 70%
Fosfórico, ácido 85%
Freón-11
Freón-12
Freón-22
Furfural
Gasolina
Glicerina
n-Hexano 50ºC
Hidrógeno
Hidrógeno, peróxido 90%
Hidrógeno, sulfuro de
Isoctano 70ºC
Isopropílico, alcohol
Isopropílico, éter
Jabón, soluciones de
Keroseno
Lacas, disolventes de
Láctico, ácido
Linaza, aceite de
?
x
?
?
x
?
?
x
?
x
?
x
x
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x
?
?
?
?
?
x
?
Lubricantes, aceites
Magnesio, cloruro de
Magnesio, hidróxido de
Mercurio
Metileno, cloruro de
Metiletilcetona
Metílico, alcohol
Mineral, aceite
Nafta
Naftaleno
Nítrico, ácido 10%
Nítrico, ácido fumante
Nitrobenceno
Oléico, ácido
Oleum, 20-25%
Palmítico, ácido
Percloretileno
Picríco, ácido
Potásico, dicromato
Potásico, hidróxido
Ricino, aceite de
SAE-10, aceite 70ºC
Silicona, grasa de
Sódico, cloruro
Sódico, dicromato 20%
Sódico, hidróxido, 20%
Sódico, hidróxido, 46%
Sódico, hipoclorito
Sodio, peróxido de
Soja, aceite de
Sulfúrico, ácido 5-10%
Sulfúrico, ácido 10-40%
Sulfúrico, ácido 50%
Sulfúrico, ácido fumante
Sulfuroso, ácido
Taladrina
Tánico, ácido 10%
Tartárico, ácido
Tetrahidrofurano
Tolueno
Trementina
Tributilo, fosfato de
Tricloroetileno
Tricresilo, fosfato
Trietanolamina
Trisódico, fosfato soluc.
Tung, aceite de
Vapor saturado
Xileno
Zinc, cloruro de
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x
2.15 CONDICIONES DE TRABAJO
En general, los Poliuretanos tienen las siguientes limitaciones de empleo:
- No sobrepasar los 80ºC en trabajo contínuo o los 130ºC durante tiempo prolongado.
- No es conveniente el empleo de poliuretano por debajo de los -20ºC. En intervalos
cortos podría llegarse a los -35ºC.
- El Poliuretano no resiste en contacto con agua caliente por encima de los 50ºC.
- El Poliuretano es atacado por ácidos y bases concentrados.
- No se aconseja emplear poliuretano en presencia de disolventes orgánicos o clorados
La gama de Poliuretanos es muy extensa. Las anteriores limitaciones no afectan a todas
las formulaciones por igual.
En aplicaciones concretas siempre es conveniente consultar a nuestro Departamento
Técnico que propondrá la formulación más adecuada para cada caso.
En muchos casos, las excepcionales propiedades del poliuretano le permiten trabajar
en condiciones adversas y a pesar de ello, alcanzar duraciones de empleo superiores
a otros materiales alternativos.
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2.16 CONTACTO CON PRODUCTOS ALIMENTARIOS
Los Poliuretanos están incluidos entre los productos aptos para la elaboración de
piezas que puedan estar en contacto con productos alimenticios, según Resolución
de la Subsecretaría para la Sanidad del Ministerio de Sanidad y Consumo, de fecha
4 de noviembre de 1.982, publicada en el BOE de 24.11.1982, nº 282, apartado 30.787.
Transcribimos a continuación además parte de la comunicación XXXIX de la B.G.A.
Bundesgesundheitsamtes, de la República Federal de Alemania:
No hay objeciones contra el empleo de poliuretano en la fabricación de artículos en
contacto con productos alimenticios siempre que se cumplan las condiciones previas
indicadas en la citada comunicación.
La mayoría de los objetos o recubrimientos de poliuretano no entran en contacto con
productos alimenticios en toda su superficie y durante un tiempo prolongado, sino, en
la mayoría de los casos sólo una parte de su superficie y además sólo durante un
tiempo limitado.
Para determinar la aceptación del empleo de piezas de poliuretano se clasifican las
piezas según el tiempo que estrán en contacto con los productos alimenticios.
Se establecen 3 categorías:
más de 24 horas
máximo de 8 horas
máximo 10 minutos
Se realizan ensayos de migraciones de 10 días a 40ºC para el primer caso, 24 horas
a 40ºC para el segundo y de 30 minutos a 40ºC para el tercero.
La migración global resultante no debe sobrepasar en ningún caso los 20 mg/dm².
Atendiendo a la aplicación de las piezas fabricadas en poliuretano, su utilización está
limitada a:
a) Productos alimenticios secos.
b) Productos alimenticios acuosos con valores de pH entre 5 y 7 , a temperaturas que
no sobrepasen los 30ºC y un máximo de 2 horas de contacto.
c) Productos alimenticios grasos, máximo 30 minutos de contacto a 30ºC.
La administración USA mediante su agencia federal Food and Drugs Administration,
clasifica el uso de los poliuretanos según el contacto con los productos alimentarios,
como "Dry food" o "Wet food" .
Para cada uno de estos casos hay que emplear unos productos y unos colorantes
determinados en la formulación del poliuretano.
Cuando las piezas deban estar en contactocon productos alimentarios, es aconsejable
advertir a nuestro Departamento Técnico para elaborar formulaciones compatibles.
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2.17 ADHESION A METAL
Conviene distinguir dos tipos de adhesión del Poliuretano al metal:
Durante el proceso de fabricación
En piezas ya terminadas
En ambos casos se utilizan adhesivos específicos, obteniéndose reultados mucho más
efectivos cuando la unión tiene lugar en el momento de formación de la pieza, es decir,
en el proceso de fabricación.
Es necesario seguir escrupulosamente un delicado proceso de desengrase, tratamiento
superficial, aplicación del adhesivo y precalentamiento controlado para garantizar los
mejores resultados.
En casos necesarios se emplean también anclajes mecánicos (taladros, etc) para
reforzar la unión del poliuretano y los insertos metálicos.
Si la unión se efectua en piezas ya fabricadas, es conveniente seguir los siguientes pasos:
o Utilizar adhesivos de contacto, base Poliuretano de dos componentes.
o Raspado o lijado de las superficies a unir, tanto del poliuretano como del metal.
o Limpieza o desengrase de estas superficies empleando disolventes.
o Evitar que los dedos toquen cualquiera de estas superficies tratadas.
o Distribuir uniformemente el pegamento, evitando churretes y grumos.
o Si es necesario, dar una segunda capa de pegamento.
Observar en todo momento una escrupulosa limpieza.
En el momento de efectuar la unión aplicar presión durante un tiempo prudencial.
Todo lo anterior también sirve para unir poliuretano a otros materiales (madera, plástico,
caucho, cerámica, hormigón, etc)
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2.18 MECANIZADO
El Poliuretano puede mecanizarse a torno, fresadora, taladro, rectificadora, etc.
Es conveniente utilizar herramientas de corte, preferentemente de acero rápido,muy afiladas.
También se obtienen buenos resultados utilizando herramientas de plaquetas.
Lubricar utilizando aceite de corte o taladrina.
Los tipos duros se mecanizan mejor que los blandos.
Es muy importante evitar fricciones y que el material no se caliente, ya que podría llegar a
fundirse.
Torneado: Cuadro con datos orientativos.
Dureza
Hasta 80ºSh. A
Desde 80º Sh.A
velocidad
Avance
corte m/min mm/vuelta
300 a 500
0,1 a 0,2
100 a 150
Material
cuchilla
Acero
rápido
Angulos
Incidencia
filo
12
rugosidad
salida superf. mµ
50 a 100
25
10 a 20
53
Corte o tronzado:
Las herramientas más apropiadas son las puntiagudas y muy afiladas, como las que se
utilizan para trabajar la madera.
El ángulo de corte debe ser de 15º. Se recomienda utilizar taladrina o aceite.
Roscado:
Es una operación complicada y debido a la elasticidad del material solo es posible
mecanizar roscas gruesas de paso largo.
Si puede preverse la necesidad de roscas es conveniente insertar casquillos metálicos
roscados durante la fabricación de las piezas de poliuretano.
Fresado:
Con una velocidad periférica entre 200 a 400 m/min. y una fresa de acero rápido, se
pueden obtener acabados con rugosidades tales como los indicados en la tabla anterior.
Las herramientas más indicadas son las de pocos dientes.
Angulo libre o de despullade 10º. Angulo de viruta, 25º.
Taladrado:
Se pueden emplear las mismas brocas que para metales, procurando que estén bien
afiladas. La velocidad y avance vendrán dados en función de la dureza del poliuretano.
Siempre que sea posible utilizar lubricación. En los tipos blandos habrá que tener en
cuenta que el diámetro resultante será aproximadamente un 5% menor que el de la
broca, dado que el material se deformará durante la operación de taladrado.
Rectificado:
El poliuretano puede rectificarse muy bien.
Deben emplearse muelas de corindón normal, grano fino, dureza media y estructura gruesa.
La velocidad debe ser de 30 a 50 m/seg, siendo el valor más elevado para los tipos más
blandos.
Se recomienda trabajar en húmedo y hacer pasadas poco profundas.
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3 POLIURETANO PRENSADO
Se trata de una formulación muy especial de VULKOLLAN y de un complejo proceso de
producción que realizan muy pocos fabricantes en el mundo
A base únicamente de poliéster Vulkollan e isocianato Desmodur 15, se reticula con agua
aditivada lo que genera la producción de un gas que crea una espumación controlada.
Posteriormente este producto se moldea y prensa a alta presión obteniéndose piezas de
perfiles complicados, en un proceso de duración no inferior a 45 minutos.
El poliuretano Vulkollan prensado tiene unas características excepcionales.Con una dureza
de 74 Shore A, es el poliuretano de menor desgaste por abrasión que existe (11 mm3)
es decir 9 veces menos que un buen caucho, lo que unido a su excelente resistencia
al desgarre (75 N/mm2), lo hacen especialmente indicado para piezas que requieran
gran resistencia al corte, flexibilidad y muy poco desgaste.
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4 POLIURETANOS TERMOPLÁSTICOS - TPU
¿Qué es el poliuretano termoplástico?
Es un poliuretano transformado por el proceso de inyección.
El material plástico, introducido en la inyectora en forma de granza, se funde a temperaturas
superiores a 200ºC, se comprime en un husillo giratorio, inyectándose a presión en el molde.
Composición química
Sus componentes, no se diferencian de los poliuretanos compactos de colada.
Se forman por la reacción entre un poliol y un isocianato, a los que se añaden los colorantes
y aditivos específicos.
Sus cadenas de moléculas son lineales y no reticuladas, lo que permite su fusión y posterior
compresión.
Propiedades
La gama de durezas con altas propiedades va desde los 80 Shore A hasta los 74 Shore D
ENSAYO
NORMA Unidades MAC 80 MAC 85 MAC 90 MAC 92 MAC 95 MAC 96
MAC
64 D
MAC
74 D
Dureza
DIN 53 505
Shore ±2
80 A
85 A
90 A
92 A
95 A
96 A
64 D
74 D
Densidad
DIN 53 550
g/cm3
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,25
1,25
MPa
50
50
52
55
45
45
45
45
%
650
550
570
550
500
500
400
350
N/mm.
72
86
103
101
100
125
190
170
Resistencia a
DIN 53 504
la tracción
Alargamiento
a la rotura
DIN 53 504
Resistencia al
DIN 53 515
desgarre
Elasticidad
DIN 53 512
%
40
40
40
35
35
30
-
-
Abrasión
DIN 53 516
mm3
30
35
35
35
35
35
30
20
Compresión
Set
DIN 53 517
kN/m
18
21
22
40
45
45
55
55
valores promedio
Tipos de piezas
Este método es adecuado para series medias y largas.
Permite fabricar piezas de paredes finas y perfiles complicados.
El coste del molde es mayor que para los poliuretanos de colada, pero se alcanzan precios de las piezas
más económicos.
El acabado puede ser de máquina o mediante los distintos procesos de mecanizado.
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5 POLIURETANO CELULAR
¿Qué es el poliuretano celular?
Es un poliuretano de colada, que mediante una espumación en el molde, producida por
la generación de gas en la reacción química entre el isocianato y el poliol, genera una
estructura de células abiertas y cerradas de proporciones controladas.
Composición química
Sus componentes, no se diferencian de los poliuretanos compactos de colada
Se produce por la reacción de un poliol y un isocianato.
La espumación realizada bajo presión, confiere al poliuretano celular unas
características mecánicas excepcionales, muy superiores a las de los poliuretanos
espumados.
Diferencia con otros materiales
No hay que confundir los poliuretanos celulares con los espumados o los cauchos
esponjosos. Sus propiedades son completamente distintas.
La diferencia estriba en la estructura, que es mixta, ya que está constituida por poros
abiertos y cerrados, dando lugar a un Módulo de Elasticidad muy reducido para
densidades entre 0,35 a 0,65 gr./cm³.
Propiedades
Se distinguen sobre todo por una altísima compresibilidad, pudiendo admitir deformaciones por encima del 80% de su altura, recuperando al 100% su forma primitiva.
Gracias a esta propiedad se utiliza en aplicaciones en donde sea necesaria una alta
absorción de energía, como en choques, en aplicaciones de amortiguación y también
sustituyendo a muelles metálicos o resortes.
Cuanto mayor es la densidad, más elevada es la absorción de energía.
Hasta una deformación del orden del 35%, el esfuerzo necesario es similar que el que
debería aplicarse a un resorte metálico. Por encima de este valor la fuerza necesaria se
incrementa progresivamente.
Debido a su excelente resiliencia, el Poliuretano Celular se utiliza para fabricar muelles
ligeros y con una larga vida útil de trabajo.
También conviene destacar su resistencia a la abrasión y su elevada resistencia al
desgarre, que permiten un amplio campo de aplicaciones.
Marcas de MACLA :
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MACLACEL®
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DICCIONARIO
Abrasión - Desgaste producido por el roce con una superficie rugosa.
Aditivo - Material que no forma parte en la reacción pero que se incluye para modificar el producto
final resultante, como retardantes de llama, pigmentos, etc.
Capacidad de carga - Carga máxima a soportar por una rueda.
Catalizador - Aditivo que incrementa la velocidad de la reacción.
Carga - Material inerte que se incluye en la reacción para mejorar propiedades.
Celular - Conjunto de celulas abiertas y cerradas.
Células abiertas - Células que se encuentran comunicadas entre ellas.
Células cerradas - Células envueltas en una membrana contínua que las aisla entre ellas.
Ciclo - Tiempo efectivo de fabricación, incluyendo preparación del molde y desmoldeo.
Colada - Acción de verter la formulación en estado líquido en un recipiente o molde.
Componente - Cada uno de los productos que intervienen en la reacción.
Compresión set - Ensayo de compresión a temperatura y tiempo controlados.
Curación o curado - Tiempo necesario hasta completar totalmente la reacción química.
Densidad - Define el peso por unidad de volumen, generalmente en gr/cm³
Desmoldeante - Producto que aplicado al molde facilitará el desmoldeo de las piezas.
Dureza - Es la propiedad que tiene una superficie a ser penetrada o deformada.
Elasticidad - Capacidad de de un elastómero de sufrir una deformación y recuperar la forma inicial.
Elastómero - Contracción de "polímero elástico" es un materialque se caracteriza
por su elasticidad. Es capaz de soportar grandes cargas y volver a su forma original.
Hidrólisis - Es la degradación de un polímero por acción del agua o humedad.
Histéresis - Es la energía que se disipa en un ciclo de deformación elástica.
Isocianato - Producto químico con uno o más grupos NCO para unión de cadena.
MDI - Abreviatura del Isocianato Metilen-di-Isocianato.
NDI - Abreviatura del isocianato Naftalen-di-isocianato (Base del PU VULKOLLAN).
Piel - Parte de la pieza que está en contacto con las paredes del molde.
Plasticidad - Capacidad de soportar una deformación permanente sin rotura.
Policaprolactona - Polímero de poliésterdiol derivado del monómero caprolactona.
Poliester - Compuesto polimérico con grupos hidroxilo conteniendo enlaces de ester.
Polieter - Compuesto polimérico con grupos hidroxilo conteniendo enlaces de eter.
Polimero - Compuesto de elevado peso molecular con una estructura química repetitiva.
Poliol - Compuesto químico que tiene más de un grupo reactivo hidroxilo en su molécula.
Pot life - Tiempo desde mezclar componentes hasta que se puede procesar el líquido.
Prepolímero - Reacción intermedia resultante de mezclar el isocianato con el poliol.
PU o PUR - Abreviatura de poliuretano de colada.
Resiliencia - Capacidad de un material de recobrar la forma original tras una deformación.
Retardante de llama - Substancia para retardar la tendencia a arder.
Resistencia al impacto - Resistencia mecánica a golpes.
Resistencia al desgarre - Ensayo de tracción de una probeta, con una entalla que provoca
el corte del material al llegar a su resistencia máxima.
Resistencia a la tracción - Ensayo de tracción de una probeta hasta la rotura
Resistencia mecánica - Resistencia a la tracción, compresión, desgarre y abrasión.
Retícula - Estructura molecular similar a una red.
Reticulación - Período en el que se forman los enlaces entre las cadenas moleculares.
Reticulante - Producto que realiza la unión de cadenas dando lugar a la estructura reticular.
Saponificación - Nombre que recibe el fenómeno de degradación por envejecimiento.
Shore - Escala que mide la dureza de un elastómero, generalmente la "A" o la "D"
Tiempo de desmoldeo - Período desde el llenado del molde y el desmoldeo de la pieza.
Tiempo de gel - Período en el que la reacción mantiene la capacidad plástica.
TDI - Abreviatura del isocianato: Toluen-di-isocianato.
TPU - Abreviatura de poliuretano termoplástico (inyección o extrusión).
Termoplástico - Material que puede ser fundido y solidificado repetidamente.
Viscosidad - Unidad de medida de la fluencia de un líquido. Cuanto menor, mayor fluídez.
Volatilidad - Evaporación de substancias a niveles normales de temperatura y presión.
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ITP: 09/09/2009
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