Cómo seleccionar la membrana de lámina plana polimérica adecuada
Si busca un material polimérico ideal para cámaras de aire y vejigas de neumáticos, el butilo es la elección perfecta. Con una baja permeabilidad a los gases y una excelente resistencia al agua, los ácidos y las bases, este material es adecuado para estas aplicaciones.
Nuestro caucho clorosolfonado tiene una temperatura de funcionamiento de -40°C a + 85°C, lo que lo convierte en un material resistente para ser utilizado en entornos en los que el polímero puede estar expuesto a condiciones climáticas extremas y a las llamas. Este material también puede tolerar aceites y ácidos, además de tener una buena resistencia a la abrasión.
Este material polimérico se utiliza a menudo para juntas tóricas que se enfrentan a entornos con petróleo y gas. Su rango de dureza es de 50 a 95 IRHD y puede funcionar a temperaturas entre -25°C y 150°C.
Criterios de selección de los materiales de ingeniería
La selección de materiales es una parte importante de todo ciclo de diseño porque los fallos de los materiales acaban provocando fallos en los productos. Por supuesto, todas las empresas quieren evitar los fallos de sus productos en el mercado. Para ello, hay que tener en cuenta las propiedades de los materiales en función de su vida útil y los entornos que los rodean. La selección rigurosa de materiales sigue un proceso para incorporar estas consideraciones y produce documentación rastreable que detalla el razonamiento que apoya las decisiones.
Cada requisito debe tener asociado un límite de aprobado/desaprobado. Un ejemplo es que una botella de ketchup debe sobrevivir a un apretón de manos de 20 libras durante su uso a temperaturas típicas de interior. Este requisito incluye tanto requisitos mecánicos como térmicos. Esta métrica cuantificable puede traducirse en criterios de selección en la siguiente sección.
Una vez finalizado el documento, cada uno de los requisitos puede traducirse en un criterio de selección para el material. En el caso de la botella de ketchup, por ejemplo, dependiendo del diseño, podría traducirse en un módulo de Young de al menos 1 GPa, una resistencia a la flexión de al menos 50 MPa y un alargamiento a la fluencia de al menos el 4% a un rango de temperatura de entre 5 y 50°C. Esta traducción no es trivial y requiere una comprensión fundamental de la ciencia de los materiales, pero si se hace correctamente, es muy valiosa para mitigar el riesgo de fallo del producto.
Consejos para mejorar el proceso de selección de materiales poliméricos
Experiencia ¿De qué están hechos los productos similares? Cuando se concibe un producto, es una buena práctica ver lo que se ha hecho en el pasado para conocer los éxitos y los fracasos. Los datos del análisis de fallos suelen ser útiles para seleccionar el polímero adecuado. Esta información puede obtenerse de otros ingenieros de diseño y fabricación, de los constructores de moldes y de las plantas de moldeo donde se producen estas piezas. Estas fuentes también son buenas para proporcionar información valiosa sobre las materias primas que son bastante nuevas en el mercado y que pueden carecer de documentación sustantiva del fabricante.
Análisis El análisis de tensiones puede realizarse para los elementos sometidos a tensión. Se trata de broches, cierres, tornillos, elementos que soportan cargas, etc. Los cálculos manuales clásicos y el análisis de elementos finitos (FEA) pueden ser útiles, pero el ingeniero de diseño debe ser consciente de que los plásticos tienen características en parte de sólidos y en parte de líquidos viscosos, por lo que las fórmulas de ingeniería clásicas de Hooke no pueden utilizarse con confianza.
El procesado y el efecto piel El moldeo y la extrusión de los plásticos alteran sus propiedades, por lo que hay que tener cuidado con las piezas similares. El procesamiento suele inducir una gran anisotropía y no homogeneidad en un plástico. Es difícil producir un modelo estructuralmente preciso de la pieza, ya que una pieza moldeada será anisotrópica y no homogénea. La mayoría de las piezas moldeadas tienen una “piel” superficial desprovista de relleno y a menudo cristalina y, por tanto, altamente direccional. Afortunadamente, la direccionalidad y la falta de homogeneidad suelen aportar una mayor resistencia a la estructura plástica. Las diferencias inducidas por el procesamiento son más pronunciadas en los plásticos cristalinos, como el nailon, el acetal y el polietileno. Las diferencias son menos significativas en materiales amorfos como el policarbonato, el poliestireno y el ABS.
Materiales del molde y sus criterios de selección
puede resolverse bajo las condiciones de contorno apropiadas para obtener una expresión para la concentración Ci(x,t). Di es la difusividad del soluto en la matriz polimérica, y Ci es la concentración de la especie i. Se han tabulado las ecuaciones para calcular Di para hidrogeles porosos, microporosos y no porosos (6). La diferenciación de Ci(x,t) con respecto a x permite sustituir este resultado en la primera ley de Fick:
Esta expresión puede entonces integrarse bajo las condiciones de contorno apropiadas en la interfaz, x, para desarrollar una ecuación para Mt, donde Mt es la masa acumulada o los moles liberados del sistema (7):
Con los sistemas dispersos (C0 > CS), la situación es más compleja ya que las regiones precipitadas se consideran no difusas y desaparecen en función de la liberación del fármaco para crear un problema de frontera móvil. La conocida ecuación de Higuchi (para geometría plana),