Cambio a piezas de poliuretano fundido

Jun 01, 2023

Los poliuretanos de alto rendimiento combinan las ventajas de los plásticos, los metales y la cerámica con la resiliencia de las piezas de caucho.

Aunque los ingenieros de diseño han especificado tradicionalmente piezas hechas de caucho, plástico o acero cuando se requiere durabilidad, muchos están considerando una nueva alternativa para las aplicaciones más exigentes, de alto desgaste, abrasión e impacto: los poliuretanos fundidos.

Los poliuretanos fundidos, también conocidos como uretanos, son materiales resistentes y elásticos que combinan muchas de las ventajas de rendimiento de los plásticos, metales y cerámicas de alta tecnología junto con la resiliencia y flexibilidad de las piezas de caucho.

A diferencia de su contraparte más cercana, el caucho, que se prepara como láminas o panes antes de ser moldeado en una prensa de alta presión, los uretanos se pueden verter como una mezcla líquida en moldes de baja presión menos costosos.

Con esta técnica, las cavidades de moldes complejas se pueden llenar sin moldes y prensas de alta presión. Esto proporciona una multitud de ventajas, entre las que se encuentran menores costos de producción y herramientas que el moldeado de caucho y plástico, y menor costo de material que los metales y la cerámica.

En términos de rendimiento, las piezas de poliuretano fundido suelen tener un peso más ligero que las alternativas de cerámica o metal y no son quebradizas y no se agrietan como los plásticos bajo tensión o temperaturas extremas.

Las piezas de poliuretano fundido no son nuevas. No obstante, la conciencia del potencial de este tipo de material ha permanecido en gran parte bajo el radar. Esto se puede atribuir a varios factores, uno de los cuales es una falta general de comprensión de las opciones y formulaciones.

No se especifica simplemente una pieza de poliuretano, por ejemplo. Hay muchas formulaciones, algunas patentadas, que se pueden usar para manipular una variedad de variables, como la dureza, la resiliencia, la tasa de elasticidad y la resistencia química.

Por esta razón, los ingenieros de diseño interesados ​​en un posible cambio de piezas de plástico, acero, cerámica o caucho a poliuretano suelen buscar la ayuda y orientación de expertos en formulación de uretano.

Piezas personalizadas en acción

En un estudio de caso reciente que muestra los méritos de estas piezas, cuando un constructor de barcos holandés requirió un nuevo revestimiento de grada que pudiera absorber el impacto y la abrasión de una lancha rápida que entra y sale de su patrullera en alta mar a través de una bahía trasera, seleccionó un revestimiento especialmente poliuretano formulado de Argonics, uno de los mayores productores de productos de uretano resistentes al desgaste de EE. UU.

El revestimiento de uretano reemplazó un revestimiento de plástico de nailon, que tendía a dañar las lanchas rápidas porque era demasiado duro, según Lars Muller, propietario de Muller-Beltex, un distribuidor de repuestos para varias industrias con sede en Holanda, que participó en el proyecto.

"El forro tenía que resistir el impacto, la abrasión, el agua de mar y la exposición a los rayos ultravioleta y, al mismo tiempo, permitir que la lancha rápida entrara y saliera de la bahía sin dañar la lancha rápida ni la patrullera", dice Muller.

Para maximizar la durabilidad y amortiguar el impacto de la lancha rápida que entra y sale de la bahía trasera de la patrullera en alta mar,argonicoscolaboró ​​con el astillero holandés y Muller-Beltex para diseñar un revestimiento de uretano para rampa compuesto por dos capas de material, cada una con un durómetro diferente, una medida de dureza.

Según Muller, a Argonics se le ocurrió la idea de crear un revestimiento de durómetro dual para soportar mejor el desgaste y el impacto inevitables.

"La capa superior más dura del uretano tiene más resistencia contra cortes y rasgaduras, mientras que la capa inferior es más suave para resistir mejor el impacto de las lanchas motoras", dice Muller. Agrega que la experiencia de la firma en la formulación de uretano ayudó a optimizar el material para las características necesarias, mientras creaba capas fuertemente unidas que no se separaban.

La colaboración continua entre las tres empresas ha resultado en refinamientos adicionales del producto. "Recientemente biselamos los bordes del revestimiento de la grada para asegurarnos de que el agua de mar o la arena no puedan pasar por detrás", revela Muller. "También endurecimos el uretano en los orificios de los pernos para sujetar mejor los tornillos y los accesorios donde encajan en el revestimiento. Para facilitar la instalación en el campo, agregamos áreas avellanadas en el revestimiento para que coincidan con las posiciones exactas de los orificios avellanados de la pieza.

"Con el uretano, puede combinar resistencia, resiliencia y durabilidad de por vida en un solo producto", agrega Muller. "El usuario final está muy entusiasmado con el revestimiento de grada. La aplicación ahora es totalmente aceptada por el astillero y es un producto estándar en su línea de barcos".

Formulaciones patentadas

Si bien los productores de uretano pueden crear fórmulas personalizadas para adaptarse a diversas características, como dureza, resiliencia y velocidad de resorte, algunos también han desarrollado fórmulas patentadas. Double L Global, un fabricante de equipos para el cultivo de papas con sede en los EE. UU., por ejemplo, confía en una fórmula patentada de poliuretano basada en el rendimiento de Argonics llamada Kryptane para los componentes que se usan para limpiar y clasificar las papas. Esto incluye rodillos suaves, estrellas de limpieza giratorias y piezas de carga robustas.

"Las piezas de uretano que usamos van desde las blandas y flexibles para manipular papas con delicadeza hasta los componentes de carga muy duros", dice Roy Withers, ingeniero de Double L Global.

Kryptane es un material extremadamente resistente al desgaste para aplicaciones donde el deslizamiento, el impacto, la abrasión o la corrosión ocurren regularmente.

Los ejemplos incluyen placas resistentes a impactos y abrasiones; voladura de cortinas y pantallas; revestimientos de conductos, contenedores y tolvas; revestimientos de tuberías, accesorios y válvulas, almohadillas vibratorias, sellos y juntas; así como revestimientos de cajas de camiones, cuñas para ruedas y almohadillas cruzadas.

Según Withers, Double L Global utiliza el uretano patentado para un componente desarrollado recientemente diseñado para barrer el producto fuera de la ruta del transportador.

Anteriormente, el componente constaba de una paleta de poliuretano integrada y un resorte de torsión. Sin embargo, a menudo surgían problemas con el resorte de paleta integrado porque los resortes estaban enrollados de manera inconsistente, lo que provocaba que el componente se viera estéticamente torcido. La desalineación también a menudo significaba una costosa reelaboración.

Para crear una pieza más estética y aerodinámica, Withers preguntó a la empresa si los requisitos de rendimiento del resorte de torsión se podían lograr fabricando toda la pieza con poliuretano.

Para lograr el rendimiento deseado del resorte, Withers pensó que las dos variables de diseño que podía usar eran el área de la sección transversal de la pieza y la dureza del uretano. Inicialmente, midió la tasa de elasticidad del resorte de metal en un intento de cumplir con los requisitos de rendimiento. Luego desarrolló un diseño con una sección transversal calculada específicamente.

La empresa entregó cuatro prototipos de poliuretano diferentes, con la sección transversal calculada y con diferentes durómetros de material.

Luego, Double L Global probó físicamente los prototipos al ver cuánta fuerza se necesitaba para doblar cada uno y cuánto se desviaría. Después de algunas iteraciones, se identificaron el durómetro y la sección transversal correctos y la pieza de uretano entró en producción. "Argonics ayudó a mejorar la confiabilidad y consistencia del diseño del barrido al integrar el resorte en el uretano", dice Withers. "Ahora, no hay un resorte de metal, es todo de una sola pieza".

Un éxito arrollador

El componente de barrido está diseñado para ser lo suficientemente rígido como para sacar papas del transportador, pero lo suficientemente flexible para doblarse si golpea un objeto duro como una roca.

Según Withers, herramientas más económicas y la capacidad de llenar incluso cavidades de moldes complejas pueden ser particularmente útiles para los ingenieros durante las iteraciones de diseño, creación de prototipos y pruebas.

"En lugar de optar por fabricar piezas mediante moldeo por inyección, a menudo elijo el método de piezas de uretano vertido de Argonics porque no quiero pagar el alto costo de las herramientas moldeadas por inyección", dice. "El uretano suele ser mucho más rentable para nosotros, ya sea para piezas únicas o de mayor volumen".