![\"\"](\"https:\/\/prusament.com\/\/wp-content\/uploads\/2021\/10\/UVOD_1-scaled.jpg\")
<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\nPor eso hemos decidido explorar en detalle la resistencia qu\u00edmica de los materiales de impresi\u00f3n. Le mostraremos los pol\u00edmeros qu\u00edmicamente resistentes y aprender\u00e1 c\u00f3mo la exposici\u00f3n a los productos qu\u00edmicos afecta a la durabilidad del material. <\/p>\n\n\n\n
El Prusament PLA, PVB, PETG, ASA y PC-Blend fueron expuestos por diversas sustancias qu\u00edmicas: Elegimos aquellas que son comunes y seguras para trabajar.<\/p>\n\n\n\n
Creemos que nuestras pruebas le ayudar\u00e1n a elegir el material adecuado para sus necesidades.<\/p>\n\n\n\n
\u00bfD\u00f3nde se utilizan materiales resistentes a los productos qu\u00edmicos?<\/h2>\n\n\n\n
La capacidad de los materiales para resistir determinadas sustancias qu\u00edmicas es muy importante en la industria: En la fabricaci\u00f3n y la automoci\u00f3n, los productos finales suelen estar expuestos a muchos materiales agresivos. Las piezas de las l\u00edneas de fabricaci\u00f3n suelen estar en contacto con lubricantes y productos de limpieza. Los componentes de los autom\u00f3viles est\u00e1n expuestos – adem\u00e1s de a lubricantes y aceites – a sustancias de mantenimiento. <\/p>\n\n\n\n
<\/a>La industria farmac\u00e9utica y alimentaria requiere la estabilidad qu\u00edmica de los materiales utilizados. Y como los nuevos filamentos son resistentes y estables, tambi\u00e9n encontrar\u00e1 uso para la impresi\u00f3n 3D y las piezas impresas en estas industrias.<\/p>\n\n\n\n
Resistencia qu\u00edmica de los pol\u00edmeros<\/h2>\n\n\n\n
La resistencia qu\u00edmica es la capacidad de un material para resistir cuando se expone a un entorno qu\u00edmicamente agresivo. Hoy en d\u00eda, existe un amplio espectro de pol\u00edmeros capaces de resistir \u00e1cidos, disolventes, alcohol o agua caliente y otras sustancias. Este art\u00edculo tratar\u00e1 sobre los pol\u00edmeros m\u00e1s utilizados para la impresi\u00f3n 3D, y que en su mayor\u00eda son adecuados para su uso en circunstancias exigentes.<\/p>\n\n\n\n
Factores clave que afectan a la resistencia qu\u00edmica de los pol\u00edmeros<\/h2>\n\n\n\n
Estructura molecular del pol\u00edmero<\/strong><\/p>\n\n\n\n La resistencia qu\u00edmica de los pl\u00e1sticos depende principalmente de la estructura f\u00edsica y qu\u00edmica del pol\u00edmero y de la composici\u00f3n qu\u00edmica de la sustancia. Los pol\u00edmeros utilizados para la impresi\u00f3n 3D tienen cadenas formadas como fase amorfa (desordenada) o semicristalina (parcialmente ordenada) tras el enfriamiento. En la semicristalina, los segmentos ordenados est\u00e1n rodeados de grupos de cadenas desordenadas. La proporci\u00f3n de estos segmentos (denominada cristalinidad) afecta a la resistencia a la temperatura, la fuerza y la tenacidad del pol\u00edmero. Tambi\u00e9n afecta a la resistencia del pol\u00edmero a la agresividad qu\u00edmica. As\u00ed, un pol\u00edmero m\u00e1s cristalino es m\u00e1s resistente a una sustancia agresiva que un pol\u00edmero menos cristalino. La orientaci\u00f3n de los enlaces del pol\u00edmero y la presencia de cargas en el material tambi\u00e9n pueden tener un efecto.<\/p>\n\n\n\n La capacidad de un material para soportar un entorno qu\u00edmicamente agresivo no s\u00f3lo depende de su resistencia qu\u00edmica, sino tambi\u00e9n de otros factores que lo estresan: eso incluye la tensi\u00f3n mec\u00e1nica, la absorci\u00f3n f\u00edsica de la sustancia por el material o la temperatura. Estos par\u00e1metros pueden influir significativamente en los requisitos de selecci\u00f3n del material. <\/p>\n\n\n\n Si el material no es qu\u00edmicamente resistente, existe el riesgo de una r\u00e1pida degradaci\u00f3n de sus enlaces polim\u00e9ricos al entrar en contacto con una sustancia agresiva. La consecuencia es una menor resistencia a la tracci\u00f3n, una menor tenacidad al impacto y una menor vida \u00fatil del material, todo lo cual puede dar lugar a un fallo del componente.<\/p>\n\n\n\n Absorci\u00f3n de la sustancia<\/strong><\/p>\n\n\n\n Cuando un pol\u00edmero sufre una reacci\u00f3n qu\u00edmica, la estructura de la cadena polim\u00e9rica se ve afectada. Cuando una sustancia es absorbida f\u00edsicamente por el pol\u00edmero, la cadena no se ve afectada, pero la sustancia es absorbida por el pl\u00e1stico como una esponja que absorbe el agua. Internamente, la sustancia qu\u00edmica puede provocar cambios en el peso, la movilidad de las cadenas de pol\u00edmero y las dimensiones del componente pl\u00e1stico. Esto tambi\u00e9n puede manifestarse como un ablandamiento o, por el contrario, una fragilidad del pl\u00e1stico.<\/p>\n\n\n\n Temperatura<\/strong><\/p>\n\n\n\n La mayor\u00eda de los procesos de difusi\u00f3n dependen de la temperatura. En la pr\u00e1ctica, esto significa que la degradaci\u00f3n qu\u00edmica de los pol\u00edmeros aumenta exponencialmente con el aumento de la temperatura de la sustancia. En general, cuanto mayor es la temperatura de la sustancia, menor es la resistencia del material al medio ambiente. Por ejemplo, se puede observar que el mismo material es m\u00e1s resistente en agua fr\u00eda que en agua caliente a la misma concentraci\u00f3n y duraci\u00f3n de la exposici\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n Concentraci\u00f3n de la sustancia qu\u00edmica<\/strong><\/p>\n\n\n\n En la mayor\u00eda de los casos, el aumento de la concentraci\u00f3n de la sustancia activa acelera la degradaci\u00f3n del pol\u00edmero.<\/p>\n\n\n\n Tensi\u00f3n mec\u00e1nica que act\u00faa sobre el material<\/strong><\/p>\n\n\n\n El estr\u00e9s mec\u00e1nica es un factor importante cuando se expone a entornos qu\u00edmicamente agresivos. La carga de un material en un entorno qu\u00edmicamente agresivo puede provocar la ruptura de los enlaces covalentes, aunque la carga est\u00e9 por debajo del l\u00edmite el\u00e1stico del material. Se forman grietas que penetran a\u00fan m\u00e1s en la profundidad del material, lo que puede conducir a un fallo de integridad.<\/p>\n\n\n\n Dise\u00f1o del modelo 3D<\/strong><\/p>\n\n\n\n Otro par\u00e1metro importante en los modelos impresos en 3D es el dise\u00f1o y la calidad del modelo impreso. Las sustancias corrosivas pueden penetrar a trav\u00e9s del objeto impreso y reducir significativamente su vida \u00fatil. Por lo tanto, es esencial elegir el material y los par\u00e1metros de impresi\u00f3n adecuados para el modelo.<\/p>\n\n\n\n En general, los materiales de ingenier\u00eda son los m\u00e1s resistentes a los productos qu\u00edmicos: Los que tienen una excelente resistencia qu\u00edmica son el PP (polipropileno), PA (poliamida, nylon), PE (polietileno), PEEK (polieteretercetona), PTFE (politetrafluoroetileno, tefl\u00f3n), PVC (cloruro de polivinilo) o PVDF (fluoruro de polivinilideno).<\/p>\n\n\n\n Entre los materiales con buena resistencia qu\u00edmica est\u00e1n el PC (policarbonato), el TPU, el PETG, el ASA o el ABS. Sin embargo, la resistencia de estos materiales depende del entorno espec\u00edfico, la temperatura ambiente y otros tipos de tensiones. Por ejemplo, el material ABS se degrada muy r\u00e1pidamente en acetona. <\/p>\n\n\n\n Los materiales que no tienen caracter\u00edsticas t\u00e9cnicas – como el PLA, el PVB – no son adecuados para su uso en entornos qu\u00edmicamente agresivos – \u00e1cidos, alcoholes, etc.-. <\/p>\n\n\n\n A continuaci\u00f3n se muestra una tabla indicativa de los pol\u00edmeros m\u00e1s utilizados para la impresi\u00f3n 3D que han sido probados en diversas sustancias qu\u00edmicas. Seg\u00fan la clasificaci\u00f3n de resistencia de la A a la D, se puede determinar qu\u00e9 pol\u00edmero es adecuado para su uso en una sustancia determinada. Las pruebas se han realizado a 23 \u00b0C.<\/p>\n\n\n\n * Fridex es el nombre industrial de un compuesto qu\u00edmico utilizado en los refrigerantes anticongelantes para autom\u00f3viles. Es un refrigerante concentrado a base de etilenglicol.<\/em><\/p>\n\n\n\n ** Savo es un agente de limpieza y desinfecci\u00f3n. El desinfectante es hipoclorito de sodio, 4.7 g \/ 100 g.<\/em><\/p>\n\n\n\n Valoraci\u00f3n: <\/strong><\/p>\n\n\n\n A<\/strong> – Resiste muy bien. El pol\u00edmero no se funde, ni absorbe sustancia, ni se hincha durante una semana de inmersi\u00f3n (menos del 1% de cambio en peso y dimensiones).<\/p>\n\n\n\n B<\/strong> – Resiste de forma moderada a buena. Ligera hinchaz\u00f3n o cambio de peso (2 – 3% de cambio de peso o dimensiones). <\/p>\n\n\n\n C<\/strong> – Resiste malamente. Se produce una hinchaz\u00f3n y un cambio de peso significativo de la muestra de ensayo (4-5% de cambio de peso o dimensiones) con una exposici\u00f3n prolongada del pol\u00edmero.<\/p>\n\n\n\n D<\/strong> – No resiste. Un color rojo indica un cambio significativo de peso, una hinchaz\u00f3n severa (cambio de peso o dimensiones superior al 5%) o una destrucci\u00f3n completa de la fibra (2). <\/p>\n\n\n\n Los datos para la evaluaci\u00f3n de los pol\u00edmeros se obtuvieron de nuestras mediciones en condiciones de laboratorio y de una publicaci\u00f3n cient\u00edfica (1)<\/em><\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n Para un an\u00e1lisis m\u00e1s preciso de los resultados se requieren pruebas de laboratorio m\u00e1s exhaustivas. La durabilidad del material y su resistencia qu\u00edmica est\u00e1n influidas no s\u00f3lo por la propia sustancia, sino tambi\u00e9n por las influencias ambientales, como la temperatura, la concentraci\u00f3n de la sustancia, la tensi\u00f3n mec\u00e1nica del componente y otros factores mencionados anteriormente.<\/p>\n\n\n\n La resistencia de cada material variaba en funci\u00f3n de la composici\u00f3n qu\u00edmica del entorno al que estaba expuesto. Se midi\u00f3 el efecto del entorno en la resistencia del material. Se compararon con m\u00e1s detalle dos propiedades del material: su resistencia y su tenacidad. <\/p>\n\n\n\n Se imprimieron m\u00e1s de 400 muestras de ensayo para cada material, que se sometieron a cargas qu\u00edmicas y, a continuaci\u00f3n, a mediciones de resistencia a la tracci\u00f3n Charpy y de resistencia al impacto. La resistencia a la tracci\u00f3n se midi\u00f3 seg\u00fan la norma ISO 527 en una m\u00e1quina de ensayos universal. La resistencia al impacto se midi\u00f3 seg\u00fan la norma ISO 179. <\/p>\n\n\n\n El modelo de los cuerpos de prueba fue generado por el programa PrusaSlicer. El c\u00f3digo G conten\u00eda los ajustes de impresi\u00f3n para el perfil de material Prusament para el material dado – siendo Prusament PLA, Prusament PETG, Prusament ASA, Prusament PC Blend y Prusament PVB, relleno 100%, 2 per\u00edmetros, altura de capa 0.2 mm. La orientaci\u00f3n del modelo en la plataforma de impresi\u00f3n fue en el eje XY. <\/p>\n\n\n\n Todos los materiales se probaron en nueve sustancias, que presentaban diferentes composiciones qu\u00edmicas: agua, etanol (EtOH), alcohol isoprop\u00edlico (IPA) al 75% y al 99%, vinagre al 8% (cuyo componente principal es el \u00e1cido ac\u00e9tico), sal de mesa (NaCl) al 10%, \u00e1cido c\u00edtrico (C6H8O7), Fridex (etilenglicol) y Savo (que contiene hipoclorito de sodio como ingrediente activo. Se mezcla con agua en una proporci\u00f3n de 1:10). <\/p>\n\n\n\n La exposici\u00f3n del entorno qu\u00edmico al material se llev\u00f3 a cabo a temperatura ambiente de unos 23\u00b0 en cuatro intervalos de tiempo – 1 hora, 7 horas, 24 horas y 7 d\u00edas. <\/p>\n\n\n\n Los datos obtenidos de las mediciones de resistencia a la tracci\u00f3n y al impacto se muestran gr\u00e1ficamente. Los valores obtenidos se han convertido en porcentajes, por lo que es posible ver c\u00f3mo cambian las propiedades del material en funci\u00f3n del tiempo de exposici\u00f3n y del entorno qu\u00edmico. El aumento o la disminuci\u00f3n de la resistencia qu\u00edmica en un entorno determinado puede seguirse mediante los cambios porcentuales en los gr\u00e1ficos. Para comparar el cambio en la resistencia o la tenacidad del material con el valor de referencia, en cada gr\u00e1fico se muestra una muestra de prueba (llamada est\u00e1ndar) que no ha sido expuesta a ninguna sustancia qu\u00edmica. La impresi\u00f3n del est\u00e1ndar se ha realizado en las mismas condiciones.<\/p>\n\n\n\n Resistencia a la tracci\u00f3n: <\/strong><\/p>\n\n\n\n Valor inicial: 55 <\/strong>MPa = 100%<\/p>\n\n\n\n Seg\u00fan los valores del gr\u00e1fico, se observa que la resistencia a la tracci\u00f3n del PLA disminuy\u00f3 ligeramente en contacto con el agua. La disminuci\u00f3n de la resistencia fue m\u00e1s pronunciada en entornos m\u00e1s agresivos. Se registr\u00f3 una r\u00e1pida disminuci\u00f3n de la resistencia en contacto con Fridex (etilenglicol) despu\u00e9s de 1 hora. Se produjo una disminuci\u00f3n gradual de la resistencia en contacto con IPA despu\u00e9s de m\u00e1s de 24 horas. Cuando el material de PLA se sumergi\u00f3 en acetona, la muestra de prueba colaps\u00f3.<\/p>\n\n\n\n Resistencia al impacto (seg\u00fan Charpy):<\/strong><\/p>\n\n\n\n Valor inicial: 15 <\/strong>kJ\/m2<\/sup> = 100 %<\/p>\n\n\n\n La tenacidad al impacto del PLA fue ligeramente superior cuando estuvo en contacto con ambientes menos agresivos. Se produjo una disminuci\u00f3n m\u00e1s pronunciada de la tenacidad con la exposici\u00f3n en Fridex (etilenglicol) y Savo.<\/p>\n\n\n\n Resistencia a la tracci\u00f3n:<\/strong><\/p>\n\n\n\n Valor inicial: 52 <\/strong>MPa = 100 %<\/p>\n\n\n\n El material PVB result\u00f3 ser muy absorbente y, por tanto, su resistencia se vio afectada. En el caso de los materiales menos agresivos, no se produjo una disminuci\u00f3n r\u00e1pida de la resistencia, pero la tendencia mostr\u00f3 que \u00e9sta disminu\u00eda con el tiempo. En contacto con las sustancias Etanol, IPA, Acetona la muestra de prueba se abland\u00f3 y se disolvi\u00f3 parcialmente despu\u00e9s de 1 hora, despu\u00e9s de una exposici\u00f3n m\u00e1s larga se derrumb\u00f3. Estas sustancias no fueron resistidas por el PVB, por lo que no fue posible medir las muestras.<\/p>\n\n\n\n Resistencia al impacto (seg\u00fan Charpy):<\/strong><\/p>\n\n\n\n Valor inicial: 54 <\/strong>kJ\/m2<\/sup> = 100 %<\/p>\n\n\n\n El material PVB mostr\u00f3 una baja resistencia qu\u00edmica y una importante absorci\u00f3n. Esto dio lugar a un aumento de la resistencia al impacto en todos los tejidos probados. Las sustancias Etanol, IPA y Acetona alteraron completamente la estructura de las muestras de prueba. Una vez m\u00e1s, las muestras de prueba fueron inutilizables para otras mediciones despu\u00e9s de s\u00f3lo 1 hora de exposici\u00f3n. <\/p>\n\n\n\n Resistencia a la tracci\u00f3n: <\/strong><\/p>\n\n\n\n Valor inicial: 47 <\/strong>MPa = 100 %<\/p>\n\n\n\n En el caso del PETG, la resistencia a la tracci\u00f3n cambia significativamente al entrar en contacto con la acetona. En el resto de sustancias, la resistencia se desv\u00eda en unos pocos porcentajes. Los cambios m\u00e1s significativos se produjeron tras tiempos de exposici\u00f3n m\u00e1s largos. Durante la exposici\u00f3n a la sustancia durante 7 d\u00edas, la resistencia del cuerpo de prueba sumergido en etanol, IPA al 75% e IPA al 99%, acetona disminuy\u00f3.<\/p>\n\n\n\n Resistencia al impacto (seg\u00fan Charpy):<\/strong><\/p>\n\n\n\n Valor inicial: 65 <\/strong>kJ\/m2<\/sup> = 100 %<\/p>\n\n\n\n La resistencia al impacto del PETG permaneci\u00f3 casi inalterada s\u00f3lo en contacto con el agua. En contacto con Savo, el valor de la tenacidad se mantuvo casi igual despu\u00e9s de 24 horas. Sin embargo, disminuy\u00f3 con un mayor tiempo de exposici\u00f3n y baj\u00f3 a valores en torno al 92%. En el caso de las dem\u00e1s sustancias se produjo una disminuci\u00f3n significativa de la tenacidad. Para el IPA, el vinagre, la acetona y el Fridex la disminuci\u00f3n de la tenacidad es m\u00e1s pronunciada. <\/p>\n\n\n\n Resistencia a la tracci\u00f3n:<\/strong><\/p>\n\n\n\n Valor inicial: 42 <\/strong>MPa = 100 %<\/p>\n\n\n\n El ASA era resistente a sustancias como el agua, el \u00e1cido c\u00edtrico, el Fridex y el Savo, incluso con un tiempo de exposici\u00f3n prolongado. La disminuci\u00f3n m\u00e1s significativa de la resistencia a la tracci\u00f3n se produjo en etanol, IPA al 75% e IPA al 99%. En acetona, la muestra de prueba se colaps\u00f3, por lo que no se pudo realizar la medici\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n Resistencia al impacto (seg\u00fan Charpy):<\/strong><\/p>\n\n\n\n Valor inicial: 25 <\/strong>kJ\/m2<\/sup> = 100 %<\/p>\n\n\n\n La tenacidad al impacto del ASA disminuy\u00f3 cuando se utiliz\u00f3 en entornos qu\u00edmicamente agresivos. Seg\u00fan el gr\u00e1fico podemos comparar la p\u00e9rdida de tenacidad, que fue m\u00e1s pronunciada para el NaCl al 10% despu\u00e9s de 24 horas de exposici\u00f3n. Sin embargo, ocurre lo contrario con los valores de tenacidad medidos para las muestras expuestas al etanol, al IPA al 75% o al \u00e1cido c\u00edtrico, donde la tenacidad se mantuvo pr\u00e1cticamente en relaci\u00f3n con el valor de la muestra de ensayo (est\u00e1ndar). El material ASA no resiste la acetona, por lo que tambi\u00e9n en este caso la muestra de prueba se colaps\u00f3 durante la exposici\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n Resistencia a la tracci\u00f3n:<\/strong><\/p>\n\n\n\n Valor inicial: 63 <\/strong>MPa = 100%<\/p>\n\n\n\n El PC Blend demostr\u00f3 ser un material estable en cuanto a resistencia, pero es poco resistente a la acetona. La resistencia disminuy\u00f3 significativamente en contacto con la acetona despu\u00e9s de 24 horas y la p\u00e9rdida de resistencia fue m\u00e1s pronunciada con una exposici\u00f3n m\u00e1s prolongada.<\/p>\n\n\n\n Resistencia al impacto (seg\u00fan Charpy):<\/strong><\/p>\n\n\n\n Valor inicial: 110 <\/strong>kJ\/m2<\/sup> = 100 %. Charpy 100\/100. Por lo tanto, se puede afirmar que la resistencia al impacto de la muestra de ensayo es superior a 110 kJ\/m2<\/sup>. <\/p>\n\n\n\n El valor 100% en el gr\u00e1fico indica la energ\u00eda m\u00e1xima medible para romper el cuerpo de prueba (est\u00e1ndar). En la pr\u00e1ctica, esto significa que el cuerpo est\u00e1ndar y otros cuerpos de prueba con un valor del 100% resistieron un impacto de martillo de 4 J sin romperse ni sufrir da\u00f1os significativos. Teniendo en cuenta las dimensiones de la probeta, se puede afirmar que la resistencia al impacto de las probetas con un valor del 100% es superior a 100 kJ\/m2.<\/p>\n\n\n\n Prusament PC Blend es uno de nuestros materiales m\u00e1s resistentes qu\u00edmicamente. Sus excelentes propiedades est\u00e1n confirmadas por las pruebas de resistencia qu\u00edmica. La resistencia a la tracci\u00f3n del PC Blend es superior a la de otros materiales y no disminuye significativamente incluso cuando las piezas impresas se exponen a determinados productos qu\u00edmicos. La resistencia al impacto del PC Blend es significativamente mayor, y el material puede mantenerla incluso en entornos qu\u00edmicamente exigentes.<\/p>\n\n\n\n<\/a>Resistencia qu\u00edmica de los materiales de impresi\u00f3n 3D m\u00e1s utilizados<\/h2>\n\n\n\n
Tabla de compatibilidad qu\u00edmica de los materiales pl\u00e1sticos y su resistencia qu\u00edmica<\/h2>\n\n\n\n
<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\nPruebas de resistencia qu\u00edmica del Prusament PLA, PVB, PETG, ASA, PC Blend<\/h2>\n\n\n\n
Proceso de prueba<\/h2>\n\n\n\n
<\/a><\/a><\/a><\/a>Resultados de las pruebas<\/h2>\n\n\n\n
PLA<\/h2>\n\n\n\n
<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\nPVB<\/h2>\n\n\n\n
<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\nPETG<\/h2>\n\n\n\n
<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\nASA<\/h2>\n\n\n\n
<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\nPC Blend<\/h2>\n\n\n\n
<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\nConclusi\u00f3n<\/h2>\n\n\n\n