Poliacetal (POM)

El poliacetal, también llamado polioximetileno (POM), acetal o poliformaldehído es un termoplástico de ingeniería, usado en partes de precisión que requieren alta rigidez, baja fricción y una excelente estabilidad dimensional. Fue creado por DuPont entre 1952 y 1956, siendo más conocido por su marca comercial: delrin.

También se conoce este plástico como resina acetálica. Fue obtenido por primera vez por el químico Staudinger, pero debido a su inestabilidad térmica se desechó su fabricación industrial. El hecho de que sus propiedades mecánicas eran incluso superiores a las de las poliamidas, hizo que se trabajara intensamente para solventar este problema de baja resistencia térmica. Así en 1958 aparecieron el homopolímero acetático, y el copolímero acetático. En el primero se consiguió su estabilidad térmica mediante aditivos. Otra ventaja importantísima que presenta el POM es su relativamente fácil procesabilidad.

Un factor favorable adicional es la capacidad del POM para el reciclado químico, mediante escisión de monómeros, sin pérdida de propiedades físico-químicas, y que representa un atributo adicional para las aplicaciones en que se debe tener en cuenta la economía del reciclado.

La capacidad productiva de estos materiales en Europa occidental es de unas 147.000 T/año, repartidas entre Hoechst (Hostaform), Basf (Ultraform) y DuPont (Delrin). Esta última compañía se plantea ampliar su capacidad actual en Dordrecht en 35.000 T/año.

Homopolímeros y copolímeros

Los homopolímeros de acetal (por ejemplo Delrin) se forman durante la polimerización del formaldehído. Debido al denso arracimado de cadenas moleculares alternativas, construidas con grupos oxígeno y metileno, son altamente cristalinos y se encuentran entre los termoplásticos no reforzados más rígidos y resistentes.

Las ruedas de polioximetileno trabajan a velocidades elevadas sin necesidad de engrase. En la misma pieza, la corona de mayor diámetro va conducida por un vis-sin-fin de acero, en tanto que la integrada de diámetro menor conduce una correa de transmisión dentada.

Fórmula y síntesis

La polimerización del formaldehído tiene lugar mediante por lo se ha dado en llamar polimerización aniónica del grupo carbonilo. El grupo carbonilo es polimerizado por una gran variedad de iniciadores aniónicos. El grupo carbonilo del formaldehído es altamente susceptible de sufrir un ataque nucleófilo y este monómero puede ser polimerizado con mas de una base. Alquilos metálicos, alcóxidos, fenolatos y carboxilatos, alúmina hidratada, aminas, piridina son efectivas en la polimerización del formaldehído.

La polimerización tiene lugar de la siguiente forma:

En la iniciación de la reacción, la especie aniónica A^- produce un anión alcóxido y un contra ión G⁺. La propagación ocurre de similar manera y la terminación ocurre por la trasferencia de un protón del ZH. El agente de transferencia ZH puede ser una variedad de compuesto capaz de ceder un protón en la propagación del anión alcóxido, tal como agua o un alcohol.

Los grupos terminales semi-acetal -O-C-OH son inicialmente inestables y se estabilizan mediante esterificación con anhídrido acético. El ataque químico de estos enlaces éster mediante agua o álcalis lleva mediante la hidrólisis de estos enlaces a una progresiva descomposición de la cadena polimérica. Esta descomposición puede retardarse mediante una estabilización.

Los copolímeros de acetal (Hostaform, Duraform) son resistentes a los álcalis y aún más resistentes al agua caliente. Esto se ha conseguido mediante un proceso de polimerización modificado, en el que el monómero principal el trímero cíclico de formaldehído (trioxan) y la estructura "acetal" quedan interrumpidos por enlaces carbono -C-C- estables y la cadena se termina con grupos finales HO-CH₂-CH₂. Se produce una ligera reducción en el grado de cristalización respecto al homopolímero, que afecta a la resistencia mecánica y a la dureza.

Los copolímeros acetálicos tienen un especial campo de aplicación en la producción de piezas en las que el llenado del molde es un auténtico compromiso. Por ello, cuando se trata de productos en que se precisa un material de muy elevada fluencia, los POM son los materiales de selección.

Características

El uso del POM esta acotado debido a su valor, empleándose principalmente en los casos en que una alta resistencia es requerida pudiendo suplantar tanto a las poliamidas como al teflón en sus aplicaciones mecánicas.

Estos materiales se suministran también en grados reforzados y se componen aleaciones con elastómeros que constituyen materiales de alta resistencia al impacto (Delrin T, Ultraform N2640 X).

La clasificación de los materiales de moldeo y extrusión de POM reforzados con fibras y/o cargas dada por ASTM 2948 incluye números de célula para:

- Densidad, min. 9 células; 1,45 a 1,70 kg/m

- Resistencia a la tracción, min. 9 células; 48 a 103 MPa

- Elongación a rotura, min. 4 células: 1,0 a 8,0%

- Módulo elástico, min. 9 células: 3400 a 9000 MPA

- Temperatura deflexión a 1,82 MPa 9 células: 116 a 160 C

NOTA: La ASTM D 4181-83 es una especificación propuesta de acuerdo con la D 4000 (Sección 6.2.3) para facilitar la incorporación de futuros materiales u otros no especificados, que da células aumentadas, símbolos y formatos de sufijos.

Gránulos de POM

Los POM se suministran en forma de gránulos opacos (natural) o coloreados. Los grados para extrusión y extrusión-soplado tienen un MFI (índice de fluencia) de 190/2:2.5-1. Para inyección, con un MFI de 9 aproximadamente, se suministran también modificados con disulfuro de molibdeno, con aditivos minerales, con PTFE, PE, con aceite de silicona para mejorar características al deslizamiento en seco y desgaste, se refuerzan con un 10-40% de fibra de vidrio (MFI: 4-3), y se refuerzan también de forma anisotrópica con esferas de vidrio o minerales (MFI: 13-10 aproximadamente).

Son muy interesantes los grados de fácil flujo para moldeo de precisión de piezas inyectadas de pared delgada (MFI: 13-50) y las aleaciones micro-multifase con elastómeros que contienen 50% de TPU (termoplástico de poliuretano), que se alean para obtener relaciones de rigidez/dureza específicas para moldeados con alta absorción de energía. Existen también formulaciones anti-estáticas, eléctricamente conductoras y resistentes a la radiación UV.

Para la formación de una buena estructura cristalina y de superficie, los moldes (o la hilera de pulido en extrusión) deben calentarse entre 60 y 130ºC. Puede evitarse la post-contracción después del moldeo mediante revenido a 110-140ºC, incluso a temperaturas mayores si se trata de perfiles macizos. La contracción de los POM reforzados con fibra de vidrio depende de la dirección de la fibra.

Las piezas pueden plegarse en el campo de la temperatura cristalina y pueden soldarse (mediante elemento calefactor, fricción o ultrasonidos), pero no pueden encolarse en uniones de alta resistencia con adhesivos. Pueden usarse, además, clavos o remaches.

Para el acabado mediante lacado o metalizado en vacío es necesario tratar la superficie al aguafuerte con agentes ácidos. Hay grados especiales para galvanizado. Los poliacetales no son atacados por los disolventes de la tinta de impresión y pueden imprimirse sólo inmediatamente después de un tratamiento de plasma o corona o de ataque ácido.

En la impresión por polidifusión, la tinta aplicada espesa sobre la superficie se difunde, mediante un breve tratamiento térmico del artículo (100-150ºC), al interior de la superficie.

Los POM son materiales de ingeniería con una considerable resistencia y capacidad de carga dinámica que se extiende durante un amplio campo de temperaturas. Con una temperatura de transición vítrea de -60ºC, conservan su resistencia al impacto hasta -40ºC.

Debido a su dureza superficial y bajo coeficiente de fricción (0,3-0,2 estático y 0,25-0,15 dinámico con el acero), los POM tienen una extraordinaria resistencia al desgaste y no son propensos a fisuración por tensión. El límite de temperatura bajo carga en aire o agua caliente es de 80-85ºC para los homopolímeros y por encima de los 100ºC para los copolímeros. Tienen baja permeabilidad a gases y vapores.

Los UV y la radiación de alta energía dañan al POM. Queman con una llama azul débil y gotean. No son tóxicos y algunos grados son considerados válidos para el contacto con productos alimentarios. Sus buenas propiedades dieléctricas y aislantes son poco afectadas por la temperatura y la frecuencia y debido a su bajo factor de disipación no pueden soldarse por alta frecuencia.

Ventajas del POM:

-Poco cambio de intensidad de impacto en la temperatura de -40ºC a 110ºC

-Alta rigidez y resistencia mecánica

-Buena resistencia a la fatiga

-Poca influencia para la performance mecánica por la humedad del aire

-Buena estabilidad para el tamaño

-Resistente a la mayoría de agentes orgánicos, alcalinos y ácidos de PH>4. Los homopolímeros y copolímeros son atacados por ácidos fuertes (pH <4) y agentes oxidantes. Ni unos ni otros son solubles en los disolventes orgánicos comunes, combustibles o aceites minerales y apenas se hinchan en ellos.

-Buena antierosión

-Bajo coeficiente de fricción

-Buena anti-curvatura bajo temperaturas altas

-Buena performance eléctrica, poca influencia por la temperatura y humedad del medio ambiente

-Buena resistencia al agua, bacterias y hongos

Especificaciones de tipos de polioximetileno

Ítem		M90	M270
Índice de fusión g/10min		9.0±1.20	27.0±3.00
Módulo elástico de estirado Mpa  ≥		2600	2700
Resistencia al estirado Mpa  ≥		60	61
Elongación al rompimiento %  ≥		40	30
Intensidad del impacto	Viga de soporte simple, hay brechas KJ/M2 ≥	6.0	4.5
Temperatura de deformación en caliente bajo carga (1.82 MPa)ºC ≥		105	105

Usos

Los moldeados por inyección de POM han sustituido ampliamente a las piezas metálicas de precisión. Sus aplicaciones en el campo de componentes de baja tolerancia y dimensionalmente estables se encuentran en relojería, tableros, mecanismos de control y conteo, electrónica e ingeniería de precisión.

 

Debe destacarse la técnica de inyección "outsert", en la que se utilizan placas metálicas pre-taladradas (chasis de reproductores de video, auto-radio o similares) en las que se sobreinyectan simultáneamente hasta 120 componentes funcionales de POM, posicionados con tolerancias de 0,05 mm. Esta técnica ha permitido abaratar los costos de producción de este tipo de conjuntos en un 75%.

Chasis “outsert” de videograbadora

El mismo objetivo ha buscado integrar varias funciones en un mismo componente. El elástico copolímero de POM es muy adecuado para cierres snap y clips para fijación de tubos y revestimientos interiores y exteriores de automóvil.

Los rodamientos de fricción en POM trabajan sin lubricación, que llevan incorporada, hasta elevados valores de carga y, gracias a la pequeña diferencia entre sus coeficientes de fricción estático y dinámico, se obtiene un bajo par de arranque.

Sinfín

Entre las aplicaciones clásicas en los sectores de mecánica general, automoción, aparatos domésticos y sanitario se incluyen ruedas dentadas y otros componentes de transmisión, niveles de combustible y componentes de carburador, componentes de bomba en contacto con agua caliente o fuel, grifos mezcladores, cabezales de ducha, válvulas y otros accesorios diversos.

Pinza de POM para esmerilados (no rayan el vidrio)

Surtidor de carburante (motores)

Cadena plástica

Roldadas multidireccionales

Otras aplicaciones comprenden ganchos, tornillos, piezas de cerradura, contenedores para aerosoles, mecanismos de máquinas de fruta y equipos deportivos y de oficina.

Respaldos de asientos

Las aleaciones con elastómeros, cuya resistencia al impacto se multiplica por diez y su elevada resistencia a la abrasión, se utilizan para ruedas de cadena sujetas al impacto, carcasas con cierres elásticos, bisagras de película, fijaciones en vehículos y en esquíes y cremalleras de trabajo pesado.

Mangos de cuchillos

Piezas de juguetes

Las ruedas traseras de este cartin están hechas de POM

Conector T para aire comprimido

Fuentes:

Polymer principles of polymerization (wiley-4th ed-2004)

www.wikipedia.org

www.druginchina.com

www.interempresas.net

www.basf.com