El punto de fusión de los plásticos se refiere al intervalo de temperatura en el que los plásticos pasan de un estado sólido a un estado líquido fluido. En este punto, los plásticos se ablandan y se vuelven flexibles, lo que los hace adecuados para diversos procesos de moldeo y conformación.
Termoplásticos frente a termoestables
Los plásticos pueden clasificarse en dos tipos principales: termoplásticos y termoestables.
Los termoplásticos se ablandan al calentarse y se endurecen al enfriarse, un proceso reversible que permite calentar y enfriar repetidamente sin alterar las propiedades del material.
Los termosets, en cambio, sufren una reacción química al calentarse por primera vez, lo que da lugar a una estructura de red permanente que no se funde. Ni siquiera se reblandecen tras un calentamiento posterior.
Por lo tanto, en nuestros posteriores debates sobre los puntos de fusión, los plásticos que mencionemos serán todos termoplásticos.
Importante para el moldeo por inyección, extrusión y formación
El proceso de ablandamiento y fusión de los plásticos es crucial en su transformación.
- En moldeo por inyección, El control preciso de la temperatura de fusión garantiza que el plástico ocupe completamente el molde y consiga la forma deseada.
- En extrusión aprovecha la fluidez de los plásticos calentados para producir tubos y perfiles utilizando moldes específicos.
- En formación de películas o láminas también depende de la capacidad del plástico para deformarse plásticamente a las temperaturas adecuadas.
Por tanto, para los diseñadores y transformadores, conocer la temperatura de trabajo y la temperatura óptima de transformación de los plásticos es vital para controlar la calidad del producto y cumplir los requisitos de las aplicaciones.
Características de fusión de los plásticos
Materiales cristalinos frente a amorfos
Los materiales en la naturaleza se dividen en cristalinos y amorfos.
Los materiales cristalinos tienen moléculas o átomos ordenados y poseen puntos de fusión fijos. Por ejemplo, el agua se funde a 0 °C, la sal (NaCl) a 801 °C y el estaño a 231,9 °C.
En cambio, los materiales amorfos, como el vidrio, el caucho, los plásticos, el asfalto, la colofonia y la parafina, tienen moléculas o átomos dispuestos de forma desordenada y carecen de un punto de fusión fijo. Cuando se calientan, suelen ablandarse (estado gomoso) antes de licuarse (estado de flujo viscoso), abarcando un determinado intervalo de temperaturas en lugar de fundirse en un punto específico.
Tipos de plásticos: Amorfos y cristalinos
Plásticos Amorfos:
En condiciones típicas de transformación, estos plásticos no tienen regiones cristalinas y son totalmente amorfos. Algunos ejemplos son el policarbonato, ABS, PMMA, ASA, PPSU, etc. Su comportamiento de fusión coincide con el de los materiales amorfos típicos.
Plásticos cristalinos:
Muchos plásticos tienden a cristalizar al enfriarse y solidificarse, como el polietileno (PE), polipropileno (PP), polioximetileno (POM), poliamida (PA6 y PA66), PET y PBT..
Sin embargo, sólo cristalizan en determinadas regiones, clasificándose los materiales con una cristalinidad superior a 80% como plásticos cristalinos y el resto como semicristalinos.
El grado de cristalinidad está muy influido por el proceso de enfriamiento; un enfriamiento lento dentro del intervalo de temperaturas de cristalización puede aumentar la cristalinidad, mientras que un enfriamiento rápido tiene el efecto contrario.
Así, el proceso de fusión de estos plásticos cristalinos se asemeja parcialmente al de los materiales cristalinos, pero también incorpora características de los materiales amorfos..
Los tres estados y las cuatro temperaturas clave de los plásticos durante el calentamiento
Exploremos los tres estados que experimentan los plásticos durante el calentamiento: el estado vítreo, el estado de alta elasticidad (gomoso) y el estado de flujo viscoso, así como las cuatro temperaturas clave asociadas a ellos: la temperatura de transición vítrea, la temperatura de fusión, la temperatura de fluidez, y la temperatura de descomposición.
El Estado vidrioso
El primer estado es el estado gaseoso, en el que los plásticos se encuentran a temperatura ambiente o baja. En este estado, el movimiento de las moléculas de plástico está muy restringido, lo que hace que el material sea rígido y quebradizo. Esto ocurre porque la temperatura está por debajo de la temperatura de transición vítrea (Tg), donde las fuerzas intermoleculares son mayores que la energía térmica, impidiendo el libre movimiento molecular.
Temperatura de transición vítrea (Tg) y estado altamente elástico (gomoso)
Cuando los plásticos se calientan hasta alcanzar la temperatura de transición vítrea se produce un importante cambio físico. La Tg marca el inicio de la transición de un estado duro y quebradizo a un estado blando, y la temperatura exacta depende del tipo de plástico y de su estructura molecular.
Por ejemplo, el polioximetileno (POM) tiene una Tg de unos 85 °C, mientras que el policarbonato (PC) tiene una Tg más alta, normalmente de unos 145 °C.
Por encima de Tg, las cadenas poliméricas adquieren más energía y empiezan a moverse más libremente, aunque permanecen en un estado desordenado aleatorio. A medida que aumenta la temperatura, los plásticos entran en el estado de alta elasticidad, también conocido como estado gomoso. En este estado, los plásticos muestran una elasticidad y flexibilidad significativas. El movimiento entre las cadenas poliméricas aumenta, pero sigue existiendo cierto grado de interacción intermolecular. Los plásticos en este estado pueden sufrir deformaciones importantes sin romperse, ideal para muchos productos de caucho y artículos de plástico flexible.
Temperatura de flujo (Tf) y estado de flujo viscoso
Finalmente, a medida que la temperatura aumenta hasta la temperatura de flujo (Tf), los plásticos entran en el estado de flujo viscoso. En este estado, los plásticos se vuelven más fluidos, similares a un líquido viscoso. En el estado de flujo viscoso, los plásticos pueden extruirse, inyectarse o comprimirse para darles forma. Esta es la etapa clave del procesamiento de plásticos, como el moldeo por inyección, que se realiza en este estado.
Durante el proceso de purga del barril, puede observarse claramente el estado fundido del plástico.
Temperatura de descomposición (Td)
La última etapa importante en el calentamiento de los plásticos es la temperatura de descomposición (Td). Este es el punto en el que los plásticos empiezan a descomponerse químicamente, perdiendo sus propiedades físicas y químicas originales. Al alcanzar o superar la temperatura de descomposición, los plásticos comienzan a descomponerse en moléculas más pequeñas, liberando potencialmente gases y otros productos de descomposición. Por lo tanto, es esencial evitar sobrepasar la temperatura de descomposición durante el procesamiento para prevenir daños materiales y la posible liberación de sustancias nocivas.
Nota:
- : Región amorfa
- : Región semicristalina
Consejo: La temperatura de fusión (Tm), también conocida como temperatura de fluidez (Tf)
Es importante tener en cuenta que la temperatura de fusión de los plásticos no es un punto fijo, sino un intervalo. Dentro de este intervalo, el estado físico del plástico pasa del estado de alta elasticidad al estado de fluidez viscosa. Por ejemplo, el intervalo de temperatura de fusión del Polipropileno (PP) es de 160°C a 175°C, mientras que el del Polietileno (PE) es de 125°C a 137°C. La amplitud de este intervalo depende del tipo específico de plástico y de la complejidad de su estructura molecular.
Temperaturas de fusión de los plásticos más comunes
Aquí hemos enumerado las temperaturas de fusión, las temperaturas de moldeo por inyección y las temperaturas de descomposición de algunos materiales plásticos comunes. Es importante tener en cuenta que la temperatura de moldeo por inyección suele ser superior a la temperatura de fusión para garantizar una buena fluidez del plástico durante el procesamiento.
Como hay muchos tipos de plásticos modificados y sus propiedades son muy diferentes, es imposible enumerar demasiados materiales en esta tabla. Por ejemplo, las características de temperatura del nailon con fibras de vidrio añadidas difieren significativamente de las del nailon sin fibras de vidrio. En la práctica, es fácil obtener la hoja de propiedades de un material cuando se compran materiales plásticos. Por lo tanto, esta tabla sólo pretende ser una referencia rápida.
Temperaturas de fusión de los plásticos más comunes
| Nombre del material | Temperatura de fusión (°C) | Temperatura de moldeo por inyección (°C) | Temperatura de descomposición (°C) |
|---|---|---|---|
| ABS | 170-190 | 200-240 | 280 |
| PP (polipropileno) | 160-175 | 190-290 | 320 |
| POM (Polioximetileno) | 165-175 | 190-230 | 280 |
| PC (policarbonato) | 225-250 | 270-320 | 360 |
| PBT | 225-235 | 220-270 | 280 |
| PA6 (nailon 6) | 215-221 | 260-300 | 320 |
| PA66 (nailon 66) | 260-265 | 270-310 | 360 |
| PMMA (acrílico) | 160-180 | 220-250 | 270 |
| LDPE (polietileno de baja densidad) | 110-130 | 150-230 | 300 |
| HDPE (polietileno de alta densidad) | 125-137 | 160-280 | 300 |
| PEEK (poliéter éter cetona) | 315-353 | 360-400 | 520 |
Esta tabla proporciona una visión general de las temperaturas de fusión, moldeo por inyección y descomposición de varios plásticos comunes.
Conclusión
En conclusión, comprender las temperaturas de fusión, moldeo por inyección y descomposición de los plásticos es esencial en el campo de la ciencia y la fabricación de materiales. Estas temperaturas no solo guían el procesamiento y la aplicación de los plásticos, sino que también garantizan la seguridad y la calidad de los productos finales.
A medida que la industria evoluciona con nuevos materiales y tecnologías, la investigación y el conocimiento continuos en este campo siguen siendo cruciales. Ya sea en aplicaciones industriales o en el uso cotidiano, la naturaleza versátil de los plásticos sigue dando forma al mundo moderno.
