Introducción a la modificación de poliuretano termoplástico reforzado con fibra de vidrio (TPU)

El poliuretano termoplástico (TPU) es ampliamente reconocido por su excelente fuerza, elasticidad y alargamiento en el descanso. Al incorporar fibras de vidrio cortas (SGF) en TPU para formar compuestos, es posible combinar la alta elasticidad de TPU con la alta rigidez de las fibras de vidrio. Esta modificación no solo conserva un cierto nivel de flexibilidad, sino que también mejora significativamente el módulo, la resistencia a la tracción, la resistencia a la lágrima, la resistencia al calor y la estabilidad dimensional. Además, estos compuestos TPU reforzados con fibra de vidrio (GF-TPU) pueden procesarse utilizando métodos convencionales como moldeo por inyección, extrusión y calentamiento.

Investigación y aplicaciones

En los últimos años, la investigación internacional se ha centrado en las relaciones estructura-propiedad de GF-TPU. Los fabricantes en Alemania han aplicado con éxito la TPU con refuerzo de fibra corta en la producción de componentes de motocicletas y automóviles.

Los estudios muestran que cuando las fibras cortas de vidrio se tratan con un agente de acoplamiento de silano y se agravan con TPU basada en poliéster (Shore A Dureza 85-90), el rendimiento mecánico mejora significativamente. Agregar 0.5 piezas de ácido esteárico (por 100 partes TPU) como lubricante ayuda a mejorar la eficiencia del procesamiento.

El proceso de composición generalmente implica la masticación de TPU, mezclar con fibras cortas y ácido esteárico, formar una lámina en un molino de dos roll y moldeo por compresión a 180 ° C, seguido de un enfriamiento rápido. Las muestras de prueba se cortan tanto paralelas como perpendiculares a la dirección del calentamiento.

Hallazgos clave

• Rotura y dispersión de la fibra: durante la mezcla, las fibras pueden romperse. A medida que aumenta la longitud inicial de la fibra, la dispersión mejora, pero la rotura también aumenta.

• Rendimiento mecánico:

• El aumento del contenido de fibra aumenta significativamente la rigidez. La curva de estrés -deformación cambia de un comportamiento viscoelástico a predominantemente elástico.

• La resistencia a la tracción es más baja con 11 partes de fibra, pero aumenta constantemente hasta 67 partes.

• La resistencia a la rotura longitudinal mejora con un mayor contenido de fibra, mientras que la resistencia a la rotura transversal disminuye por debajo de 43 partes de fibra, luego se recupera parcialmente.

• Se observa anisotropía notable, con una resistencia a la rotura longitudinal que excede los valores transversales.

• Resistencia al desgaste: los compuestos TPU/SGF moldeados por inyección muestran un coeficiente de fricción reducido y una tasa de desgaste con un mayor contenido de SGF, alcanzando un rendimiento óptimo al 40% de fibra en peso. Esto los hace adecuados para sistemas de parachoques automotrices y otras aplicaciones de ropa crítica.

• Resistencia al impacto: el mayor contenido de fibra y la dureza de la costa reducen la resistencia al impacto, particularmente a bajas temperaturas. El diseño óptimo requiere equilibrar el contenido de fibra y la dureza para aplicaciones de alto impacto.

TPU reforzada con fibra de aramida

Además de las fibras de vidrio, las fibras de aramida cortas (0-30% de contenido) se han mezclado con TPU a 180 ° C. Si bien este refuerzo aumenta la densidad y la resistencia a la tracción (especialmente por encima del 20% de fibra), reduce el alargamiento en la resistencia al desgaste y al desgaste. Las fibras de aramida también aumentan la viscosidad de fusión aparente, particularmente a bajas tasas de corte.

Conclusión

Los compuestos de TPU reforzados con fibra de vidrio ofrecen una combinación única de alta resistencia, rigidez, resistencia al calor y resistencia al desgaste mientras mantienen una buena procesabilidad. La selección adecuada del tipo de fibra, el contenido y la dureza de la TPU es crucial para lograr el equilibrio deseado de resistencia al impacto, propiedades mecánicas y estabilidad del proceso. Estos materiales tienen un fuerte potencial en aplicaciones de productos automotrices, industriales y de consumo, especialmente donde se requiere moldeo y extrusión de inyección.

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