Sunforce™: una espuma de perlas que mantiene fácilmente sus dimensiones y resistencia incluso a altas temperaturas.
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Introducción

¿Alguna vez se ha encontrado con un problema al diseñar con poliestireno expandido (EPS) o polipropileno expandido (EPP): "Las dimensiones y la resistencia esperadas no se alcanzan en entornos de alta temperatura"?

Este artículo explica cómo evaluar la resistencia al calor de las espumas desde una "perspectiva de diseño", utilizando como ejemplo la espuma de perlas de éter de polifenileno modificado (mPPE) "Sunforce™".

¿Por qué la resistencia al calor de la espuma es un aspecto importante del diseño?

Las espumas son materiales útiles en términos de reducción de peso y flexibilidad de forma, y el poliestireno expandido (EPS) y el polipropileno expandido (EPP) se utilizan en muchos campos.
Por otro lado, en aplicaciones y procesos que involucran entornos de alta temperatura, los diseños pueden fallar debido a la inestabilidad dimensional o a una disminución de la resistencia mayor de lo esperado. Si bien estos problemas suelen atribuirse a una "insuficiente resistencia al calor", la resistencia al calor de las espumas no puede evaluarse únicamente mediante un índice de temperatura. El comportamiento del material cambia significativamente según las condiciones de tensión y el entorno operativo.

En el próximo capítulo, utilizaremos indicadores eficaces para evaluar la resistencia al calor de las espumas y analizaremos cómo las diferentes condiciones afectan al comportamiento del material.

¿Cómo se debe evaluar la resistencia al calor de los materiales de espuma?

La resistencia al calor de la espuma presenta comportamientos diferentes según los criterios de evaluación. En este capítulo, comparamos la resistencia al calor de espumas de perlas a base de EPS, EPP y mPPE utilizando tres indicadores de evaluación bajo diferentes condiciones.

(1) Prueba dimensional de calentamiento

La prueba de cambio dimensional por calentamiento es un indicador utilizado para evaluar la estabilidad dimensional de un material en condiciones en las que no se aplica ninguna tensión.
Si bien el EPS y el EPP son propensos a sufrir cambios dimensionales a medida que aumenta la temperatura, las espumas de perlas a base de mPPE presentan cambios dimensionales mínimos incluso a altas temperaturas y mantienen un comportamiento estable.

(2) Prueba HDT (deflexión bajo carga)

HDT es un índice utilizado para evaluar el comportamiento de la resistencia térmica bajo carga.
En presencia de tensión, la rigidez del material tiende a disminuir y la deformación progresa incluso a temperaturas relativamente bajas en EPS y EPP. Por otro lado, la espuma de perlas a base de mPPE presenta un comportamiento en el que la deformación se suprime incluso bajo carga.

(3) Ensayo de compresión a alta temperatura

La tasa de retención de la tensión de compresión a altas temperaturas es un índice que evalúa cuánto disminuye la tensión de compresión en condiciones de alta temperatura, y las diferencias en la rigidez del material cuando se alcanzan altas temperaturas se reflejan en las diferencias en el comportamiento de cada material.

¿Por qué el poliestireno expandido (EPS) y el polipropileno expandido (EPP) presentan limitaciones de diseño en entornos de alta temperatura?

Las diferencias en los resultados de la evaluación que se muestran en el capítulo anterior se deben a las propiedades térmicas de las resinas que componen cada espuma.
El EPS es un material con una temperatura de transición vítrea (Tg) cercana a los 100 °C. Debido a que su rigidez cambia a esta temperatura, su comportamiento a altas temperaturas varía según las condiciones de funcionamiento.
El EPP tiene un punto de fusión elevado, de aproximadamente 160 °C, pero su temperatura de transición vítrea (Tg) ronda los 0 °C. Por lo tanto, si bien presenta un comportamiento estable en condiciones sin carga, la disminución de la rigidez se hace más evidente en condiciones de carga.
Las espumas de perlas a base de mPPE tienen una Tg (tiempo de transición) más alta en comparación con estos materiales, y exhiben un cambio de rigidez más gradual incluso a altas temperaturas.
Esta diferencia se refleja en las diferencias en los resultados de la evaluación que se muestran en el capítulo anterior.

Valores típicos de Tg y punto de fusión (valores de la literatura)

Sunforce™, una espuma de perlas que permite el diseño incluso en entornos de alta temperatura.

La característica principal de Sunforce™ es que aprovecha las propiedades de resistencia al calor de las resinas a base de mPPE en forma de espuma en perlas. A pesar de ser una espuma, ofrece una gran flexibilidad de diseño en términos de estabilidad dimensional y retención de tensión, incluso a altas temperaturas, lo que proporciona un grado de libertad de diseño que difiere de los productos moldeados por inyección y los materiales en bloque.

Además, Sunforce™ ofrece una gama de productos centrada en bajos índices de expansión, de 3,5 a 15 veces, lo que lo convierte en un material que permite lograr fácilmente tanto la reducción de peso como la funcionalidad de los componentes en aplicaciones que requieren rigidez e integridad estructural en entornos de alta temperatura.
Esto proporciona una nueva opción de selección de materiales, incluso en condiciones en las que anteriormente se creía que "la espuma de perlas no se puede utilizar a altas temperaturas".

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Ejemplos de aplicaciones que pueden aprovechar la resistencia al calor.

(1) Material aislante para separadores de aceite de motor

Los componentes del motor están sometidos a condiciones de alta temperatura, donde sufren restricciones y esfuerzos de compresión. Si bien se busca lograr aislamiento y reducir el peso mediante el uso de espuma, la disminución de la rigidez a altas temperaturas puede representar un desafío de diseño.
Sunforce™ es una espuma de perlas a base de mPPE con cambios graduales de rigidez a altas temperaturas, lo que la convierte en una opción viable para aplicaciones de aislamiento térmico alrededor de los separadores de aceite del motor.

(2) Material del núcleo de CFRP

En las estructuras de CFRP, las estructuras tipo sándwich con materiales de núcleo son una opción popular para lograr tanto reducción de peso como rigidez. Sin embargo, cuando se aplican altas temperaturas durante el proceso de moldeo o en el entorno operativo, el material de núcleo requiere estabilidad dimensional y conservación de la forma.
Sunforce™ posee propiedades que lo hacen menos susceptible a cambios dimensionales y a la reducción de rigidez, incluso en condiciones de alta temperatura. Por lo tanto, su uso como material base para CFRP facilita la reducción de peso, a la vez que garantiza la flexibilidad de diseño durante los procesos de moldeo y uso a altas temperaturas.

La resistencia al calor de un material de espuma puede variar según las condiciones de evaluación. En condiciones de alta temperatura y tensión, la temperatura de transición vítrea es crucial para la viabilidad del diseño.
Esperamos que este artículo sirva como catalizador para reconsiderar el diseño de espumas en entornos de alta temperatura.

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