Diferencia entre Tg y Tm en el moldeo por inyección de plástico

¿Qué es la temperatura de transición (Tg)?

Temperatura de transición vítrea (Tg) Se refiere al punto en el que un polímero pasa de un estado duro y vítreo a uno blando y gomoso. Por encima de la Tg, los polímeros se vuelven flexibles y muestran algunas características de flujo. Por debajo de esta temperatura, son más rígidos y menos maleables.

Factores que afectan la Tg

Varios factores pueden influir en la Tg en los polímeros.

Peso molecular es un factor clave; los pesos moleculares más altos a menudo conducen a valores de Tg más altos. Fuerzas intermoleculares También influyen fuerzas más fuertes que dificultan el movimiento de las cadenas de polímeros, lo que eleva la Tg.

Plastificantes Se pueden añadir para reducir la Tg. Facilitan el deslizamiento de las cadenas una sobre otra. Por otro lado, añadir rellenos puede aumentar la Tg al restringir el movimiento. El historial térmico también es importante. Si un polímero se ha calentado y enfriado muchas veces, la Tg puede cambiar.

¿Qué es la temperatura de fusión (Tm)?

Cuando se calienta un polímero, las regiones cristalinas pasan de un estado sólido a un estado líquido. Este proceso de fusión ocurre a la temperatura de fusión (Tm). Esta temperatura difiere entre los materiales debido a la estructura cristalina y la fuerza de unión dentro del polímero. En los polímeros cristalinos, estos patrones están más ordenados, lo que da como resultado un punto de fusión preciso.

Influencia del peso molecular y la estructura

El peso molecular de un polímero afecta en gran medida su temperatura de fusión. Los polímeros con un peso molecular alto suelen tener una Tm más alta. La razón es que un mayor peso molecular aumenta el enredo de las cadenas, lo que dificulta que estas se muevan y se fundan.

La estructura molecular también influye. Los polímeros lineales pueden tener una temperatura de transición más marcada que los ramificados debido a que las cadenas están muy juntas. Perfección cristalina y la alineación de la cadena también afecta a Tm, y una mejor alineación conduce a temperaturas más altas.

La diferencia entre Tg y Tm

Característica	Temperatura de transición vítrea (Tg)	Temperatura de fusión (Tm)
Tipo de cambio	Transición de segundo orden sin cambio de fase; solo cambian las propiedades físicas	Transición de fase de primer orden de sólido a líquido
Tipo de material	Se presenta únicamente en materiales amorfos y semicristalinos.	Se produce en materiales cristalinos.
Cambio de estado	Estado de vidrio a estado de caucho sin cambio de fase	De fase sólida a fase líquida
Estructura molecular	No hay cambios en la disposición molecular; permanece amorfo	Descomposición completa de la estructura cristalina.
Reversibilidad	Proceso totalmente reversible	Cambio de fase reversible
Rango de temperatura	Generalmente ocurre a temperaturas más bajas que Tm	Generalmente más alto que Tg
Factores influyentes	– Estructura química del polímero – Peso molecular – Contenido de plastificante – Flexibilidad	- Presión – Enlace químico – Forma y tamaño de las moléculas – Empaquetamiento molecular
Método de medición	Generalmente se mide mediante calorimetría diferencial de barrido.	Medido a presión específica (normalmente presión estándar)
Importancia industrial	Crítico en el procesamiento y aplicaciones de polímeros.	Importante para la selección y procesamiento de materiales.
Estado físico	El material permanece sólido pero se vuelve flexible/gomoso.	El material se transforma completamente en líquido.
Cambio de energía	Implica un ablandamiento gradual	Implica una transformación de fase completa
Impacto de la aplicación	Determina la flexibilidad del material y las condiciones de procesamiento.	Determina la resistencia térmica del material y los límites de procesamiento.
Dependencia de la velocidad de calentamiento	Más sensible a los cambios en la velocidad de calentamiento.	Menos sensible a los cambios en la velocidad de calentamiento.

Cómo Tg y Tm definen las categorías de polímeros

Termoplásticos vs. Termoestables: La Tg y la Tm ayudan a distinguir estas categorías. Los termoplásticos tienen tanto Tg como Tm y pueden ser remodelados varias veces al calentarlos. Sin embargo, los termoestables se reticulan a altas temperaturas y fijan su forma cuando se enfrían. Presentan una Tg pero no una Tm típica porque no se funden.

Cristalinidad y propiedades: Los polímeros con alta cristalinidad tienen una temperatura de transición vítrea (Tm) clara y definida y, en general, una resistencia mecánica mayor. Aquellos con un contenido amorfo más alto tienen una Tg notable y mayor flexibilidad, pero una rigidez estructural menor.

Tg y Tm en la fabricación de moldes

La temperatura de transición vítrea (Tg) y la temperatura de fusión (Tm) son parámetros críticos en los procesos de moldeo por inyección y fundición a presión, ya que influyen directamente en las condiciones de procesamiento y en la calidad del producto final. Si la temperatura de procesamiento es inferior a la Tg, el polímero permanece rígido y quebradizo, lo que da lugar a una flexibilidad limitada y a un mayor riesgo de fractura durante el proceso de moldeo. Esto puede dar lugar a defectos como grietas o un llenado incompleto de la cavidad del molde, lo que en última instancia compromete la integridad de las piezas moldeadas.

Por el contrario, la Tm establece la temperatura máxima necesaria para fundir por completo el polímero, lo que garantiza que el material pueda fluir correctamente hacia la cavidad del molde. Si la temperatura supera la Tm, el polímero puede degradarse o descomponerse, lo que da lugar a propiedades deficientes del material y defectos en el producto final.

Cuando la temperatura de procesamiento se acerca o supera la Tg, las propiedades del material pueden cambiar significativamente. El polímero se vuelve más flexible, lo que permite una mejor deformación sin romperse, lo que mejora las características de flujo y facilita el llenado de diseños de moldes intrincados. Sin embargo, las temperaturas elevadas también pueden introducir nuevos mecanismos de degradación, como la oxidación térmica o la escisión en cadena, que pueden afectar negativamente la calidad general de las piezas moldeadas, incluida su resistencia mecánica y estabilidad térmica.

Los efectos de Tg y Tm se extienden más allá de las temperaturas de procesamiento para influir en los tiempos de enfriamiento y de ciclo de la operación de moldeo. A medida que la temperatura se acerca a Tg durante el enfriamiento, el material pasa de un estado gomoso a un estado vítreo, lo que puede afectar la velocidad de enfriamiento y el tiempo de ciclo. Si el enfriamiento es demasiado rápido, puede provocar tensiones internas o deformaciones en el producto final. Por el contrario, si se extiende el tiempo de enfriamiento, puede permitir una mejor cristalización en polímeros semicristalinos, mejorando sus propiedades mecánicas.

Además, la Tg y la Tm afectan a varias propiedades del material durante el procesamiento, incluidas la conductividad térmica, la claridad óptica y el rendimiento mecánico. Por ejemplo, los polímeros procesados por encima de la Tg suelen presentar propiedades térmicas y mecánicas mejoradas, ya que pueden adaptarse mejor a las tensiones impuestas durante el moldeo. Esto es particularmente importante en aplicaciones en las que el producto final está sujeto a cargas mecánicas o ciclos térmicos.

Los parámetros de procesamiento críticos influenciados por Tg y Tm incluyen el caudal de inyección, la temperatura de la pared del molde, la presión de empaque y la orientación de la fibra en materiales compuestos. Estos parámetros deben controlarse cuidadosamente para garantizar un flujo de material adecuado, mantener las propiedades físicas deseadas y lograr una calidad de pieza constante. Por ejemplo, es necesario un caudal de inyección óptimo para llenar el molde de manera efectiva sin causar defectos como inyecciones cortas o rebabas excesivas.

Las consideraciones de confiabilidad también subrayan la importancia del control de temperatura. Exceder la Tg durante el procesamiento puede introducir nuevos mecanismos de falla, como mayor fragilidad o menor resistencia al impacto, que pueden afectar negativamente tanto las propiedades eléctricas como mecánicas de las piezas moldeadas. Esto, a su vez, afecta la confiabilidad y el rendimiento a largo plazo del producto final, especialmente en aplicaciones exigentes.

Tg de materiales comunes de moldeo por inyección de plástico

La siguiente tabla enumera las temperaturas de transición vítrea (Tg) en grados Celsius para varios materiales de moldeo por inyección de plástico:

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