Debido a sus ventajosas cualidades, los termoplásticos son materiales adaptables que se utilizan en una amplia gama de sectores. Sin embargo, su uso en aplicaciones propensas al impacto puede verse restringido debido a su baja resistencia innata al impacto. Los modificadores de la resistencia al impacto se añaden a los termoplásticos para aumentar su resistencia al impacto y a las cargas dinámicas con el fin de sortear esta restricción. Este artículo explora los mecanismos subyacentes y su impacto en el comportamiento de los termoplásticos en un intento de ofrecer un estudio exhaustivo de cómo los modificadores de resistencia al impacto mejoran la resistencia al impacto de los termoplásticos.
I. Sinopsis de los ajustes de resistencia al impacto
Los aditivos denominados modificadores de la resistencia al impacto se fabrican expresamente para aumentar la resistencia de los termoplásticos al impacto. Los elastómeros, los agentes endurecedores y los modificadores reactivos son las tres categorías principales en las que pueden dividirse estos modificadores. Al absorber y difundir la energía del impacto, los elastómeros como el caucho de acrilonitrilo-butadieno (NBR) y el caucho de etileno-propileno (EPR) se utilizan habitualmente para mejorar la resistencia al impacto. Los polímeros gomosos y las partículas con núcleo son ejemplos de agentes endurecedores que actúan haciendo que un material sea más resistente a la propagación de fracturas. Por el contrario, los modificadores reactivos mejoran la resistencia de la matriz termoplástica al impacto mediante una reacción química.
II. Mecanismos de mejora de la resistencia al impacto
Absorción de energía: La absorción de energía es una de las principales formas en que los modificadores de resistencia al impacto aumentan la resistencia al impacto de los materiales termoplásticos. Cuando chocan contra algo, los elastómeros y los agentes endurecedores pueden absorber energía y distorsionarse, lo que reduce las concentraciones de tensión y evita que se propaguen las grietas. La resistencia del material a las presiones de impacto mejora y el colapso catastrófico es menos probable gracias a este mecanismo de absorción de energía.
Modificadores de la resistencia al impacto también pueden ayudar a desviar y embotar la fractura, lo que es esencial para detener la propagación de grietas y reducir la cantidad de daño que causa un impacto. Las grietas que se propagan son redirigidas físicamente y obligadas a gastar energía por agentes endurecedores como las partículas de núcleo. La resistencia del material a la propagación de grietas y la resistencia al impacto aumentan eficazmente gracias a este mecanismo de desviación y embotamiento de grietas.
Ductilidad mejorada: Los modificadores de la resistencia al impacto pueden hacer que los termoplásticos sean más dúctiles, reduciendo su susceptibilidad a la fractura frágil. Los elastómeros y los agentes endurecedores dan a la matriz polimérica más movilidad y flexibilidad de cadena, lo que permite que la matriz experimente una deformación más amplia antes de fallar. Gracias a su mayor ductilidad, hay menos posibilidades de que se produzca una fractura catastrófica porque absorbe más energía durante el impacto.
Adhesión interfacial mejorada: Los modificadores reactivos de resistencia al impacto mejoran la adhesión interfacial al interactuar químicamente con la matriz termoplástica. Esta mayor adhesión entre la matriz y el modificador disminuye la probabilidad de separación de fases o delaminación, produciendo un material más uniforme con mayor resistencia al impacto.
III. Impacto en la conducta material
Dureza y resistencia a la fractura: Los modificadores de resistencia al impacto aumentan considerablemente la tenacidad de los termoplásticos. La capacidad de una sustancia para absorber energía y deformarse sin romperse se denomina tenacidad. Los modificadores de resistencia al impacto mejoran la resistencia del material a la fractura al aumentar la absorción de energía, la desviación de grietas y los mecanismos de embotamiento, todo lo cual contribuye a aumentar la tenacidad.
Los modificadores de la resistencia a los impactos contribuyen a una distribución más uniforme de la tensión dentro de los termoplásticos, minimizando las concentraciones de tensión que, de otro modo, podrían provocar la aparición de grietas. Estos modificadores reducen la cantidad de daños producidos por los impactos y aumentan la resistencia total del material al desviar las grietas y absorber la energía.
Comportamiento de la distorsión: Los modificadores de la resistencia al impacto influyen en la deformación de los termoplásticos durante los impactos. Los modificadores mejoran la capacidad de deformación plástica del material, permitiéndole absorber más energía antes de fallar. Este comportamiento de deformación se traduce en una menor fragilidad y una mayor resistencia al impacto.
Consideraciones sobre el procesado: El comportamiento de los termoplásticos durante el procesamiento puede verse afectado por la inclusión de modificadores de resistencia al impacto. Puede ser necesario ajustar los parámetros de procesamiento debido a los cambios en la viscosidad, las características de flujo de la masa fundida y las temperaturas de procesamiento. Para garantizar que el termoplástico modificado pueda procesarse de forma fiable y eficiente, es esencial comprender estas modificaciones.
IV. Próximos cambios
El objetivo de la investigación y el desarrollo actuales de modificadores de la resistencia al impacto es aumentar la resistencia de los termoplásticos al impacto. La aplicación de nanopartículas o nanorrellenos, que son ejemplos de avances nanotecnológicos, puede mejorar la resistencia al impacto con cargas de relleno reducidas. Además, la necesidad de materiales más respetuosos con el medio ambiente y la creciente preocupación medioambiental están en consonancia con el desarrollo de modificadores de la resistencia al impacto de base biológica o sostenibles.
Los modificadores de la resistencia al impacto son esenciales para mejorar la capacidad de los termoplásticos para soportar impactos, ya que absorben energía, desvían las grietas, aumentan la ductilidad y mejoran la adhesión interfacial. Estos procesos aumentan la resistencia a la fractura, reducen la fragilidad y mejoran la tenacidad. Para maximizar su eficacia y elegir los modificadores de resistencia al impacto adecuados para una determinada aplicación, es esencial comprender el funcionamiento fundamental y las repercusiones de estos modificadores. Si se sigue investigando y avanzando en este campo, se ampliará la gama de materiales termoplásticos apropiados para aplicaciones sensibles a los impactos.
