Cauchos de silicona: saliendo del nicho

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En comparación con las resinas plásticas establecidas en el mercado, los elastómeros de silicona son más bien materiales jóvenes. Apenas después de la segunda guerra el material entró a hacer parte de aplicaciones industriales y ahora hace parte de varias aplicaciones en la vida diaria. El mercado actual para productos de silicona ronda la cifra de 500 mil toneladas año. Si se compara con el total de los elastómeros consumidos, se observa que la resina tiene un porcentaje de mercado todavía muy bajo.

Sin embargo, desde 1998, la producción ha crecido casi un 400%. Esto prueba el enorme desarrollo que ha tenido la silicona y el enorme potencial de crecimiento que promete.

La silicona tiene, dentro de los materiales elastoméricos, un valor especial, debido a su composición química. Esta composición es responsable por un gran espectro de aplicaciones. Entre sus propiedades se cuentan:

  • Una alta resistencia al calor (materiales estándar soportan hasta 200°C, algunos tipos especiales de 250 a 300°C) y una transición vítrea baja (-50°C para tipos estándar y -110°C para materiales especiales).  Con esto se garantiza un rango amplio de temperaturas de aplicación, con propiedades mecánicas relativamente constantes entre 0°C y 150°C.
  • Excelente biocompatibilidad y propiedades fisiológicas.
  • Alta resistencia a la radiación, envejecimiento y resistencia química.
  • Difícilmente inflamable (y por tanto baja generación de gases tóxicos como producto de combustión).
  • Libre de plastificantes.
  • Fácilmente coloreable con pigmentos.
  • Excelente recuperación de la forma después de encontrarse bajo presión.
  • Alta transparencia.

En la Figura 1 se presenta la distribución de mercado para los diferentes tipos de elastómeros de silicona existentes. En la Figura 2 se presenta la distribución general del consumo de elastómeros de silicona dependiendo de la aplicación.

Potencial para el futuro
La estructura química muy particular, y el gran espectro de apicaciones, han implicado que se genere una gran variedad de modificaciones de materiales. Por un lado, se han desarrollado materiales para aplicaciones resistentes a temperaturas extremadamente bajas (-110°C); de otro lado, ha habido modificaciones para que los elastómeros de silicona aguanten solventes, aceites o combustibles. También se han generado materiales aislantes o conductores de electricidad, así como materiales de altra translucidez o de apariencia opaca.

Debido a que son inocuos desde el punto de vista fisiológico, y a que pueden esterilizarse con vapor caliente, los cauchos de silicona gozan de alta aceptación en el campo de la medicina. Los productos para contacto con humanos, como los productos de cuidado de bebés (chupos, aspiradores, etc.) y los diferentes tipos de implantes (como implantes para articulaciones o válvulas para pacientes con glaucoma) están basados en este tipo de materiales.

Además de las modificaciones de materiales, los procesos de producción para la producción de nuevas aplicaciones tienen cada vez más relevancia. Los procesos para producción de micro piezas, o para modificaciones de superficies y piezas multicomponente cobran importancia, así como la variación de tecnologías para la producción de series tanto cortas como muy grandes.

Novedades en cauchos de silicona rígidos
Wacker Chemie presentó un nuevo caucho de silicona rígido, caracterizado por su alta estabilidad. Bajo el nombre de Elastosil R 416/70, elproducto resulta apropiado para la producción efectiva en costos de tubos de silicona reforzados con tejidos, que resultan útiles para la industria automotriz, donde se requiere una alta resistencia a la temperatura y a los fluidos de refrigeración basasod en glicol. La resistencia térmica del material ronda los 210°C, y permanece flexible hasta -45°C. A esto se suman las ventajas inherentes de la resina de tener una alta resistencia al envejecimiento y a la carga cíclica a altas temperaturas.

La nueva silicona rígida, que reticula con peróxidos, se desarrolló especialmente para la producción de mangueras a través del proceso de extrusión. La superficie no es pegajosa, con lo cual los rollos producidos permanecen estables antes del procesamiento posterior a la extrusión. Durante el proceso de vulcanización, el material desarrolla una alta adhesión a los textiles de refuerzo.

Una de las aplicaciones es la producción de mangueras para fluidos de refrigeración para dispositivos turbo, con los cuales se refrigera la carcasa. También resulta apropiado para la producción de mangueras para sensores en filtros de partículas diesel. Los sensores mesen a diferencia de presión a ambos lados del filtro y envían información sobre la carga con partículas de polvo. Las mangueras desconectan la vibración mecánica, para proteger los sensores.

También de Wacker es la serie de productos Lumisil LR 7600. Se trata de cauchos de silicona líquida que vulcanizan para convertirse en elastómeros altamente transparentes. Los productos son de una transparencia similar a la del vidrio, y de acuerdo con el proveedor, resisten altas cargas térmicas. De esta forma, resultan apropiados para la producción de lentes y otros elementos ópticos de iluminación, procesados mediante moldeo por inyección. Resisten temperaturas de hasta 200°C, y en comparación con otros productos transparentes, como policarbonato o polimetil metacrilato, este caucho de silicona líquida no sufre de amarillamiento con el uso. Incluso bajo los efectos de radiación ultravioleta, el material permanece transparente y sin color. Los elastómeros son resistentes al envejecimiento y a condiciones ambientales, son aislantes eléctricos e hidrofílicos.

Debido a su alta resistencia térmica, los materiales Lumisil LR 7600 pueden combinarse con lámparas de Xenon y diodos de alto desempeño, que gozan actualmente de amplia aceptación en la industria automotriz y durante períodos prolongados de uso elevan la temperatura. La resina se ofrece en cuatro tipos, con durezas entre 50 y 80 shore A. Debido a que puede procesarse a través de moldeo por inyección, puede moldearse en series grandes con estructuras siliconadas.

Novedades en procesamiento de dos componentes
La empresa alemana ELMET ha diseñado un nuevo concepto para el procesamiento de caucho de silicona líquida (LSR, Liquid Silicon Rubber), obteniendo la reticulación a través de luz UV proveniente de fuentes de iluminación tipo LED. Debido a que en este caso no se usan las altas temperaturas de reticulación que en otros procesos son necesarias, el proceso resulta apropiado para moldear termoplásticos con bajas temperaturas de fusión, tales como polipropileno (PP), polietileno (PE) o polimetilmetracrilato (PMMA), usándolos como el primer componente, siendo el componente suave el LSR. Cuando se procesan LSR convencionales, reticulables térmicamente, se requiere de materiales con mayor resistencia a la temperatura, y por tanto mas costosos, como poliamida (PA) o polibutil-tereftalato (PBT). De esta manera se abre un amplio espectro de nuevas posibilidades de aplicación para la producción de compuestos de tipo duro-suave, utilizando el LSR como componente suave.

Un ejemplo de aplicación concreto es una jabonera fabricada a partir de polipropileno transparente (PP) con una base de apoyo de silicona, inyectada directamente. Para su producción, ELMET ha trabajado en conjunto con el fabricante de máquinas Engel y el proveedor de materia prima Momentive, concibiendo y realizando un sistema de fabricación completo llave en mano.

Un componente central del sistema es un innovador molde de inyección, que se utiliza en una máquina de inyección estándar (tipo: e-mac 170/50, proveedor: Engel). En este molde, en el que se moldea la pieza de PP transparente al UV, las superficies de sello están ubicadas en ambas mitades del molde y son de acero, por lo que no se desgastan ni requieren ser cambiadas. Después del desmoldeo y del posicionamiento de la pieza de PP en una región ubicada en la parte superior del molde, se lleva a cabo el sobre-moldeo de la base de LSR. A través de la pieza, el componente de silicona se irradia y reticula únicamente con luz UV.

Como fuentes de luz se utilizan en este caso fuentes lumínicas tipo LED, que tienen una larga vida útil. Adicionalmente, los puntos de conmutación y la duración de la luz de estos LED pueden ajustarse con precisión dependiendo de la reacción de reticulación que se está llevando a cabo, para reducir el consumo energético y el tiempo de ciclo.

Metal, poliamida y LSR
La adhesión entre silicona y resina termoplástica es una tarea retadora, que requiere de know-how y amplio trabajo de desarrollo. Junto con su socio de cooperación Rico, Arburg ha desarrollado una innovadora solución que integra LSR con una poliamida reforzada con fibra y un inserto metálico. Esta aplicación, que se lanzó durante la pasada feria K, está completamente automatizada y se produjo en una máquina de inyección bicomponente Allrounder 570 S, con 2200 kN de fuerza de cierre, con dos unidades de inyección del tamaño 170. Primero se insertaban las roscas metálicas dentro del molde de 4 + 4 cavidades, y se inyectaba la porción que contiene poliamida. Posteriormente se giraba el molde hacia la segunda posición, para moldear la chupa alrededor de la aplicación, con un LSR auto adhesivo. La pieza se tomaba del molde automáticamente, se llevaba a una unidad de prueba óptica y finalmente se ponía en una banda transportadora. En la celda de producción la tecnología de dosificación de LSR fue suministrada por la empresa 2KM.

 

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