En la búsqueda por optimizar procesos y reducir costos, no siempre la sustitución de una resina por otra de menor precio determina una ventaja económica.

Al hacer los cálculos, el transformador debe considerar el costo involucrado en todo el proceso, que incluye, según el caso, rediseño de la pieza, revisión de espesores y nervaduras, modificación del molde y adecuación del proceso de moldeo, entre otras adaptaciones.

Pero, además, hay otras variables importantes al momento de especificar una nueva resina: la seguridad, la durabilidad y el rendimiento de la aplicación.

La sustitución debe considerar las condiciones reales de procesamiento

Ricardo Cuzziol, técnico en plásticos por el SENAI Mario Amato, ingeniero Químico por la E. E. Mauá y Magíster en Ingeniería Química con énfasis en Ciencia y Tecnología de Polímeros por la FEQ/Unicamp, enfatiza que no existe un “límite universal” por el cual el ingeniero nunca deba intentar sustituir un polímero de ingeniería por un commodity, bajo el riesgo de comprometer la calidad del producto.

El análisis siempre debe partir de las condiciones reales de procesamiento de la pieza.

“Una sustitución se vuelve particularmente crítica cuando las condiciones de operación no pueden ser alteradas y el nuevo material no presenta capacidad suficiente para soportarlas.”

En ese caso, continúa el especialista, deben evaluarse propiedades térmicas y mecánicas relevantes para la aplicación, como:

  • Temperatura de deflexión térmica bajo carga (HDT);
  • Temperatura de uso continuo, frecuentemente evaluada con base en datos como el RTI;
  • Resistencia a la tracción y a la flexión en la temperatura real de trabajo;
  • Módulo o rigidez;
  • Resistencia al impacto;
  • Comportamiento a la fatiga;
  • Deformación progresiva bajo carga constante (creep); y
  • Resistencia química y al envejecimiento.

Otro punto muy importante es la estabilidad dimensional, pues no basta con verificar una propiedad en una ficha técnica obtenida a temperatura ambiente.

“Una pieza puede funcionar perfectamente en laboratorio, pero presentar una pérdida significativa de rendimiento después de años de exposición simultánea temperatura, carga mecánica, humedad, productos químicos o radiación ultravioleta.”

El cambio demanda reingeniería de la pieza

En general, intentar simplemente sustituir un material por otro manteniendo exactamente la misma geometría y las mismas condiciones de proceso representa un riesgo elevado.

Materiales diferentes presentan comportamientos diferentes y, muchas veces, el cambio debe ir acompañado de una reingeniería de la pieza.

Esta reingeniería puede incluir alteraciones de espesores, nervaduras, puntos de concentración de tensión y, en algunos casos, integración o redistribución de funciones.

El propio molde también puede necesitar ser adaptado, considerando diferencias de contracción y comportamiento de procesamiento, con posibles alteraciones en dimensiones, puntos de inyección, sistema de alimentación, refrigeración y ángulos de salida.

“Por lo tanto, evitaría decir que un ingeniero nunca debe sustituir determinada categoría de material por otra. La cuestión técnica correcta es: no se debe realizar la sustitución cuando, después de todas las alternativas razonables de proyecto y proceso, no sea posible garantizar que el nuevo material atenderá los requisitos de la aplicación con seguridad y confiabilidad”, afirma Cuzziol.

Aditivos y masterbatches

En el proceso de decisión para evitar el over-engineering – es decir, especificar polímero de alto rendimiento cuando una resina commodity puede garantizar la misma estabilidad de la pieza –, entra otro factor, que también implica la evaluación de costo, rendimiento y seguridad.

Se trata del uso de aditivos y masterbatches en la transformación, cuya evolución en los últimos años redujo la brecha de rendimiento que antes existía entre los plásticos de ingeniería y las resinas de uso general.

Según Cuzziol, que mantiene un canal de contenido sobre proyectos y fabricación de piezas plásticas, una de las tecnologías más importantes en este proceso de evolución es el refuerzo con fibras.

Es el caso, por ejemplo, de los compuestos de polipropileno reforzados con fibra vidrio corta o larga, capaces de alcanzar niveles elevados de rigidez y resistencia mecánica, acercándose, en determinadas aplicaciones, al rendimiento de algunos compuestos a base de poliamida.

También hubo avances importantes en sistemas de estabilización térmica y oxidativa, protección contra radiación ultravioleta, resistencia al envejecimiento y mejoras en el comportamiento en determinados ambientes químicos.

“Todo esto permite que materiales tradicionalmente considerados de uso general sean utilizados en aplicaciones cada vez más exigentes”, dice.

El rendimiento no depende de una propiedad aislada

El especialista, sin embargo, hace una salvedad: estas tecnologías no evolucionaron solo para los polímeros commodity. Los plásticos de ingeniería también recibieron avances en refuerzos, estabilización térmica, resistencia química, retardancia a la llama y otros sistemas de modificación.

Por lo tanto, aunque determinados materiales de uso general han reducido la brecha de rendimiento en algunas propiedades o aplicaciones con respecto a los plásticos de ingeniería, no se puede afirmar que exista una tendencia general de desaparici de la diferencia entre estas categorías.

Además, el rendimiento no depende solo de una propiedad aislada.

“Un compuesto de PP puede, por ejemplo, alcanzar una rigidez comparable a la de determinado compuesto de poliamida, pero aún presentar diferencias importantes en temperatura de uso, creep, fatiga, resistencia química o comportamiento a lo largo del tiempo”, alerta.

Para él, la discusión sobre sustitución de resinas refuerza una máxima fundamental de la Ingeniería de Materiales: no existe material intrínsecamente bueno o malo; existe material más o menos adecuado para una determinada situación.

Y esa situación debe analizarse de forma completa, lo que incluye:

  • Geometría deseada, o posible, de la pieza;
  • Esfuerzos mecánicos involucrados;
  • Temperatura y tiempo de exposición;
  • Contacto con productos químicos y otras condiciones ambientales;
  • Durabilidad esperada;
  • Recursos de procesamiento disponibles;
  • Características del molde y de los equipos;
  • Componentes y sistemas adyacentes; y
  • Posibilidades de mantenimiento, reciclaje y fin de vida.

“Es esencial mirar también el costo total, desde el desarrollo y la fabricación hasta el rendimiento durante la vida útil y el fin de vida de la pieza. El precio por kilogramo de la resina es solo una de las variables de esa ecuación.”

En resumen, concluye Cuzziol, la mejor elección no es necesariamente migrar de un plástico de ingeniería a un commodity ni hacer el camino inverso.

“La mejor elección es utilizar el material correcto, en la geometría correcta, con el proceso correcto, para atender los requisitos técnicos y económicos de esa aplicación específica.”