Mejora de la resistencia al rayado en compuestos de polipropileno
Repsol-YPF15/09/2003
Introducción
En este artículo, comentaremos las propiedades principales y nos ocuparemos en detalle de una de las necesidades que, cada día más, está requiriendo el segmento de interior para automoción en las piezas sin pintar: la mejora de la resistencia al rayado. En este punto está la clave para abrir nuevas expectativas a los compuestos de polipropileno (PP) en dicha aplicación crítica, representando una seria alternativa a otros polímeros técnicos, como el ABS.
1. Características de los compuestos de PP
Así, un compuesto de PP será aquel modificado con cualquier tipo de carga que extienda las propiedades del polipropileno base en cualquier sentido: aumento de rigidez, dureza, tracción ó mejora de las propiedades estéticas.
La tabla 1 proporciona una orientación acerca de la influencia de las cargas y refuerzos sobre las características del polipropileno, partiendo de un polipropileno homopolímero.
A partir de la misma, se pueden sacar, entre otras, las siguientes conclusiones:
- La mejora de las propiedades mecánicas es máxima en los tipos de PP reforzados con fibra de vidrio, especialmente si van ancladas químicamente, pero tienen un mal comportamiento estético.
- Los compuestos de refuerzos minerales planos (bidimensionales) presentan características reforzantes mucho más pronunciadas que los productos esféricos (tridimensionales), aunque estos últimos tengan unas excelentes propiedades estéticas.
- La disminución de la tenacidad (relacionada con el módulo elástico en tracción) depende de la proporción, estructura y tamaño de partícula de los refuerzos utilizados, así como la calidad superficial.
Por todo ello, se viene seleccionando por parte de los constructores de automoción (OEM, de aquí en adelante), para la aplicación de interior en los vehículos, los grados de polipropileno con 20 por ciento de refuerzos minerales bidimensionales.
La tabla 2 considera como afecta el tipo de base polimérica utilizada sobre las características del polipropileno, partiendo de un compuesto de PP con 20 por ciento de talco.
A partir de los resultados mostrados se ven los siguientes puntos a destacar:
- Al usar como base polimérica PP copolímero heterofásico, propiedades como la dureza y el HDT varían en la misma dirección, disminuyendo al añadir etileno al Compuesto de PP.
- El módulo de flexión varía de forma inversa a la resistencia al impacto que aumenta al añadir etileno a la base polimérica.
- En cualquiera de los casos el aspecto estético superficial es bueno.
De forma explícita, comentaremos las propiedades principales requeridas por los OEM en las piezas de interior basándonos en los compuestos de PP con refuerzo, y teniendo en cuenta que aproximadamente el 95 por ciento de dichas piezas son inyectadas.
1.1. Rigidez a altas temperaturas
A temperaturas superiores, se observa un considerable descenso de la rigidez. Cuanto menor sea la temperatura a la que alcance la rigidez requerida para el óptimo desmoldeo, mayor tiempo de enfriamiento y, por tanto, menor productividad de las piezas inyectadas.
También afecta en este punto, la contracción postmoldeo del material (Ver Baja contracción).
1.2. Resistencia al impacto en frío
1.3. Baja contracción
Incorporando productos de refuerzo o cargas bidimensionales o tridimensionales, no sólo puede reducirse considerablemente la contracción en sí, sino también la contracción diferencial. Y esta mejora aumenta al aumentar el porcentaje de carga o refuerzo añadido.
En el caso de Compuestos de PP con fibra de vidrio la contracción diferencial sigue siendo muy alta, lo que provoca riesgo de deformaciones que no pueden corregirse con parámetros de transformación.
1.4. Comportamiento acústico
Con piezas de compuestos de PP reforzados, los problemas de ruidos pueden reducirse drásticamente, e incluso eliminarse por completo, principalmente gracias a dos características de dicho material:
- Alto factor mecánico de pérdidas.
- Escasa tendencia al deslizamiento (stick-slip).
Teniendo en cuenta un proceso de amortiguación de ruido, la energía vibratoria se transforma en calor mediante fricción interna, lo que se llama amortiguación interna. Una medición para la amortiguación interna es el factor mecánico de pérdida. En la figura 2 se observa la diferencia existente entre el polipropileno y el ABS, [...]. La zona grisácea corresponde a la ganancia de amortiguación del PP respecto al ABS.
1.5. Calidad superficial
Otra cosa importante que se exige a las superficies es una presentación lo más uniforme posible, sin “aguas” ni estrías o líneas de flujo visibles ni efectos mates/brillantes. Los compuestos de PP se optimizan día a día en este sentido, presentando ventajas evidentes los reforzados con talco. La selección específica de los tipos de minerales utilizados, además de la mayor fluidez de la base polimérica elegida y el uso de grados de reología controlada de alta fluidez y estrecha distribución de pesos moleculares, han mejorado claramente la calidad de las superficies.
Pero en los últimos tiempos, la propiedad que más problemas está generando a nuestros clientes es la deficiente resistencia al rayado de los compuestos reforzados con talco. Este es un mineral extremadamente blando, con valor de 1 en la escala de dureza de Mohs, lo que explicaría por que los grados de PP reforzados con talco son susceptibles de tener problemas de baja resistencia al rayado.
