Propiedades mecánicas y su aplicación para plásticos

Gran motivo del porqué existen varios tipos de carretes de plásticos que podemos comprar en el mercado es por la diversidad en propiedades mecánicas, térmicas, químicas y ópticas que pueden tener los diferentes polímeros. Tener en consideración estas propiedades nos ayuda a mejorar la calidad y el rendimiento de nuestras piezas. Si bien, al comenzar en la impresión 3D no es fundamental tener conocimiento de todas estas propiedades, el estar familiarizado con ellas reflejará un mayor nivel de profesionalidad en los productos o piezas que fabriquemos.

En esta ocasión, mezclaremos algunas propiedades mecánicas que son importantes tanto para la manufactura aditiva y para procesos de inyección de plástico.

  • Densidad. Es la cantidad de masa por unidad de volumen que tiene algún material. Estos se pueden expresar como densidad neta, densidad aparente y densidad compactada. La de mayor importancia en este caso (y la más común) es la densidad neta, la cual es la medición del material en estado sólido. La densidad del plástico puede llegar a ser relevante en la compra de carretes de filamento. Por ejemplo, el ABS tiene una densidad de 1.03 g/cm3 y el PLA de 1.24 g/cm3 haciendo que el PLA un 20% más denso que el ABS. Al comprar un carrete de filamento de 1 kg de ABS, rendirá un 20% más que uno de 1 kg de PLA en impresión 3D.


  • Contracción de moldeo. Es la característica de los plásticos de contraer o reducir su volumen en el proceso de enfriamiento del material en el molde. En el proceso de inyección de plástico es de alta importancia hacer simulaciones computacionales de esta característica dependiendo del tipo de plástico a utilizar. Los rangos de contracción pueden ser desde 0.4% para el Poliestireno, hasta un 2% para el PBT.


  • Absorción de humedad. Es la cantidad de humedad introducida en el plástico al estar expuesto en un ambiente con alta humedad relativa. Se expresa en %, por el porcentaje de peso ganado de humedad. Es importante tener los plásticos sin humedad, ya que de lo contrario se pueden modificar sus propiedades mecánicas y apariencia estética. Uno de los filamentos que más cuidado tenemos en este aspecto es el PVB o también conocido como PolySmooth bajo la empresa PolyMaker. De manera informativa, el PLA tiene una absorción de humedad del 0.25% y el PVB de hasta 8%. Por esto mismo es de suma importancia contar con un secador de filamento para plásticos higroscópicos.



  • Resistencia a la tensión. Es la capacidad del material de oponerse a un esfuerzo de tensión. Este estudio se realiza en una máquina universal de pruebas y se reporta en MPa o en kg/cm2. Se realiza el estudio colocando una probeta de dimensiones conocidas en las mordazas de la máquina, la cuales se desplazarán hasta la falla del material. A mayor valor, significa gran resistencia a la falla de los plásticos.



  • Resistencia a la compresión. Es la prueba contraria a la resistencia a la tensión. La capacidad del material de oponerse a un esfuerzo de compresión hasta su ruptura o deformación. Para esta prueba se reemplazan las mordazas por un par de discos y la probeta por un cilindro sólido de dimensiones conocidas.


  • Módulo de flexión. Es la capacidad de un material de soportar un esfuerzo antes de doblarse. Para obtener este valor también se puede utilizar la máquina universal de pruebas al utilizar el instrumental adecuado. También se expresa en MPa y a mayor cantidad, mayor es la fuerza requerida para doblar el material.



  • Dureza. Es la resistencia de los materiales a ser rayados por la superficie. Para esta medida existe la escala Rockwell, que utiliza una esfera de acero que se deja caer sobre la muestra y se mide la afectación. También existe la escala Shore, la cual es más utilizada materiales más flexibles. Shore A se utiliza principalmente para plásticos flexibles y Rockwell o Shore D para rígidos. En el caso de los elastómeros utilizados en impresión 3D se encuentra el TPU con un Shore A que puede ir desde 30 a 90.

Tener en cuenta estos aspectos pueden reducir los costos de manufactura y prototipado al conocer de antemano las propiedades que debemos de cuidar para que las piezas actúen de forma esperada. Los filamentos que vendemos y utilizamos en nuestros productos cuentan con hojas de datos que incluyen algunos de estos parámetros. En publicaciones posteriores revisaremos otros aspectos como los de temperatura y propiedades químicas de los polímeros. Gran parte de la información de este artículo fue tomada de la Enciclopedia del Plástico Siglo XXI.


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