domingo, 8 de septiembre de 2013

Poliftalamida

Introducción
La poliftalamida (PPA, del inglés polyphthalamide) es una resina termoplástica sintética de alto rendimiento de la familia de las poliamidas que se utiliza para substituir metales en aplicaciones automotrices de alta temperatura, como la caja de conectores eléctricos expuestas a altas temperaturas y otros usos múltiples. Encontró también uso en cuchillería. Las poliftalamidas fueron desarrolladas originalmente para su uso como fibras pero posterior encontró aplicación en otras áreas. Las PPA se fabrican bajo los nombres comerciales Amodel, Grivory, Ultramid T, Trogamid T, VESTAMID HTplus, Luvocom 20 y Zytel (R) HTN entre otros.

Estructura química y síntesis
Las poliftalamidas constituyen poliamidas parcialmente aromáticas, es decir, presentan anillos bencénicos en su cadena polimérica, a diferencia del nylon 66 o nylon 6 que presentan una estructura química totalmente alifática. Difiere de las aramidas, en que estas son totalmente aromáticas.
Estructura química del poliftalamida (poliamida semi-aromática)
Estructura química del nylon 66 (poliamida alifática)
Estructura química del Kevlar (poliamida aromática o aramida)
Como miembro de la familia de las poliamidas, la PPA es un material semicristalino compuesto por la reacción de un diácido y una diamina. Sin embargo, la porción diácido contiene por lo menos 55% de ácido tereftálico (TPA) o ácido isoftálico (IPA).
Ácido isoftálico
Ácido tereftálico
El TPA o IPA son compuestos aromáticos que sirven para elevar el punto de fusión, temperatura de transición vítrea y generalmente mejora resistencia química, en comparación de los polímero estándar alifáticos de nylon, y reducir la absorción de agua.
Las poliftalamidas pueden ser obtenidas por policondensación entre el ácido tereftálico y la hexametilendiamina.
Síntesis de una poliftalamida
La porción diamina utilizada puede variar, obteniéndose diferentes grados de cristalinidad en la poliftalamida. Pueden utilizarse diaminas con un mayor número de grupos metilos en la cadena carbonada principal, como ser 2-metil-1,5-pentametilendiamina o 2,2,4- trimetilhexametilenediamina y 2,4,4-trimetilhexametilendiamino para grados amorfos.
Poliftalamida con segmento 2-metilpentametileno (PPA M5T)
Poliftalamida con segmento hexametileno (PPA 6T)
Poliftalamida con segmento 2,4,4-trimetilhexametileno (PPA 6-3-T)
Las poliftalamidas también pueden ser sintetizadas utilizando cloruro de tereftaloilo en lugar del diácido, pero este es más costoso que el ácido tereftálico.
Muchos grados comerciales de PPA en realidad son copolímeros con segmentos alifáticos y aromáticos. Como por ejemplo: terpolímero tereftalamida-isoftalamida-adipamida de hexametileno, copolímero tereftalamida-adipamida de hexametileno, copolímero tereftalamida-isoftalamida-adipamida de hexametileno, etc.

Propiedades y características
Las poliftalamidas son materiales polares con un punto de fusión cercano a 310°C y una temperatura de transición vítrea de 127°C. El material presenta una buena resistencia y rigidez con buena resistencia química.
Las poliftalamidas pueden ser atacadas por los ácidos fuertes o los agentes oxidantes y son solubles en cresol y fenol. Las poliftalamidas son más fuertes, menos sensible a la humedad y poseen mejores propiedades térmicas cuando se compara con las poliamidas alifáticas tales como nylon 6,6. Sin embargo, la poliftalamida es menos dúctil que el nylon 6,6, a pesar de estar disponibles grados de elevada resistencia al impacto. Las poliftalamidas son higroscópicas por lo que absorben humedad, disminuyendo la temperatura de transición vítrea y causando cambios dimensionales. El material puede ser reforzado con fibra de vidrio o de carbono y tiene muy buen rendimiento a alta temperatura. Grados reforzados de poliftalamidas son capaces de resistir el uso continuo a 180°C. Tanto los grados amorfos y cristalinos están disponibles en el mercado.

Tabla de propiedades mecánicas
Propiedad
Norma
Unidad
Valor
Resistencia a la rotura
ISO 527
MPa (kpsi)
200 (29)
Alargamiento a la rotura
ISO 527
%
2.5
Módulo de tracción
ISO 527
MPa (kpsi)
12000 (1740)
Módulo de flexión
ISO 178
MPa (kpsi)
10000 (1450)
Resistencia a la flexión
ISO 178
MPa (kpsi)
275 (40)
Resist. al impacto Charpy con entalla
ISO 179/1eA
kJ/m2

-30°C (-22°F)


7
23°C (73°F)


7
Resist. al impacto Charpy sin entalla
ISO 179/1eU
kJ/m2

-30°C (-22°F)


40
23°C (73°F)


45
Valores correspondientes al Zytel HTN92G35DH2 BK083 (PA6T/66-GF35)

Procesamiento
Los grados cristalinos se utilizan generalmente en el moldeo por inyección, mientras que los grados amorfos a menudo se utilizan como materiales de barrera. Las temperaturas del molde recomendadas son de 135 a 165°C, con temperaturas de fusión recomendadas de 320 a 340°C. El material debe tener un contenido de humedad de 0,15% o menos para el procesamiento. Debido a que la temperatura del molde es importante para el acabado de la superficie, temperaturas de molde más altas pueden ser necesarias para algunas aplicaciones. Ambos grados cristalinos y amorfos están disponibles bajo los nombres comerciales Amodel (Amoco), y los grados amorfos están disponibles bajo los nombres de Zytel (DuPont) y Trogamid (Dynamit Nobel). Los grados cristalinos están disponibles bajo el nombre comercial Arlen (Mitsui).

Temperaturas típicas de procesamiento por inyección (poliamida 6/6T - LUVOCOM)
Secado (deshumidificación): 80°C (6 a 8 horas o más)
Zona 1: 300 a 340°C
Zona 2: 310 a 340°C
Zona 3: 320 a 340°C
Boquilla: 330 a 340°C
Molde: 90 a 120°C
Temperatura óptima del material: 330°C

Aplicaciones
Las poliftalamidas se utilizan en aplicaciones de automoción en los que su resistencia química y estabilidad a la temperatura son importantes. Los ejemplos incluyen carcasas de sensores, componentes de la línea de combustible, carcazas de reflectores de lámpara, componentes eléctricos y componentes estructurales. Los componentes eléctricos expuestos a las soldaduras son las aplicaciones que utilizan la estabilidad de la PPA a la alta temperatura. Dispositivos de conmutación, conectores y soportes del motor son a menudo hechos de PPA. Los grados con relleno mineral se utilizan en tubería y conectores. Los grados de PPA con modificadores de impacto sin refuerzo se utilizan en artículos deportivos, piezas de campos petroleros y aplicaciones militares.

Automóviles
Los PPA permiten lograr reducciones en el peso de los componentes y el consumo de combustible al tiempo que satisface altos estándares de confort y seguridad. Otros factores son el procesamiento económico y reciclabilidad.
Son en particular, muy demandadas para la sustitución de componentes de metal en aplicaciones bajo el capó, especialmente para su uso en aplicaciones tales como salidas de aire y refrigeradores para motores turbo, intercambiadores de calor y los cuerpos del acelerador. También se encuentran en los sistemas eléctricos y electrónicos de automóviles que deben garantizar el funcionamiento libre de problemas bajo condiciones climáticas extremas. Además, las PPA presentan una buena resistencia a los aceites de motor y fluidos hidráulicos. Ejemplos de estas aplicaciones son sistemas de embrague, freno o de dirección. En el interior de los automóviles, las poliamidas pueden reemplazar aleaciones convencionales de fundición como materiales para piezas funcionales, tales como reposabrazos, fundas o soportes del tablero de instrumentos y otras aplicaciones para reemplazo de metal externos, incluyendo tiradores de las puertas, espejos laterales o unidades limpiaparabrisas. Su resistencia a los productos químicos, a la corrosión y a la intemperie, permite la fabricación eficiente de los sistemas de suministro de medios de conexión tales como líneas de combustible o de agua de refrigeración.
Conectores de acoplamiento rápido para los tubos de combustible de Ultramid T
Sensores de presión de los depósitos de combustible (Ultramid T)
Aplicaciones eléctricas y electrónicas
Los PPA encuentran uso en carcasas rígidas resistentes al impacto de pared delgada de los teléfonos móviles, ordenadores portátiles, lectores de libros electrónicos y tabletas, protegiendo los componentes electrónicos internos al tiempo que satisface las más altas exigencias de resistencia y diseño.
En los componentes electrónicos miniaturizados, tales como LED o conectores, las PPA garantizan máxima precisión en combinación con la resistencia al calor a temperaturas requeridas para procesos de soldadura.
Soporte de interruptores moldeados por inyección (MIDs) hecho de Ultramid T
Microchip antena de polímero para teléfonos móviles de Ultramid T
Carcaza de calentador de Amodel FR-4133
Cuchillería
Las poliamidas parcialmente aromáticas han encontrado un uso importante en cuchillería, en la fabricación de la empuñadura. Grados comerciales de Zytel y Grivory con refuerzo de Kevlar o fibra de vidrio son utilizados para fabricación por moldeo por inyección de mangos de cuchillos tanto para uso militar y de fuerzas de seguridad como civil. Ejemplo de estos son los cuchillos AK 47 marca Cold Steel o el 14410 HK de Benchmade  
Cuchillo AK 47 con empuñadura de PPA (Grivory)
Embalaje
Los envases y embalajes hechos de copoliamidas parcialmente aromáticas (por ejemplo: Grivory G o Grivory HB) muestran excelentes propiedades de barrera contra el oxígeno, dióxido de carbono y sabores para que los alimentos y bebidas, así como los cosméticos y medicamentos permanecen frescos durante más tiempo.

Productos industriales y bienes de consumo
En el mercado sanitario, las poliamidas parcialmente aromáticas pueden ser utilizadas para medidores de agua, carcasas de filtros de agua, recipientes de filtro y válvulas de reducción de presión. De esta manera, las ventajas de costes significativos se pueden lograr en comparación con el uso de metal.
El TROGAMID T y BX consisten de ácido tereftálico y 2,2,4- / 2,4,4-trimetil hexametilen diamina, responsable de su estructura amorfa. Esto hace al TROGAMID T transparente. La estructura amorfa también se traduce en una baja contracción de moldeo y baja tendencia a deformarse. Sus características mecánicas y ópticas lo hacen apropiado para aplicaciones en donde la transparencia es un requisito, como copas de filtros para sistemas neumáticos, tratamiento de agua, dispositivos de medición, indicadores de nivel de fluidos, medidores de flujo, etc.
Copas de filtro para sistemas neumáticos de Trogamid T
Dispositivos de medición de Trogamid T


Fuentes:
Modern Plastics Handbook - C. Harper
http://www.emsgrivory.com
http://www.solvayplastics.com
http://www.dupont.com
http://www.sabic-ip.com
http://www.basf.com
http://www.plasticsportal.net
http://www.vestamid.com
http://www.interempresas.net
http://www.basicallyknives.com
http://en.wikipedia.org
http://www.coldsteel.com
http://www.ebay.com
http://machinedesign.com
http://www.trogamid.com
http://lehvoss.de

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