Cómo la caracterización tribológica ayuda a comparar los materiales plásticos autolubricantes y a seleccionar el compound más adecuado para las condiciones reales de aplicación.
Cuando dos componentes trabajan en contacto y están sometidos a un movimiento relativo, la fricción y el desgaste se convierten en parámetros fundamentales a la hora de elegir el material.
Reducir estos fenómenos significa mejorar la eficiencia del sistema, limitar su deterioro con el tiempo y, en muchas aplicaciones, reducir o eliminar la necesidad de recurrir a lubricantes externos.
Precisamente para responder a estas necesidades, LATI desarrolla LATILUB, la familia de compounds termoplásticos autolubricantes diseñada para aplicaciones en las que el deslizamiento, el contacto y la durabilidad del componente representan requisitos determinantes.
Pero elegir el material con el coeficiente de fricción más bajo no es suficiente. El comportamiento tribológico depende del sistema en su conjunto: material, contraparte, presión, velocidad, temperatura, geometría y tipo de movimiento.
Por ello, la caracterización mediante tribómetro representa una herramienta importante en el desarrollo y la selección de los compounds autolubricantes.
Compounds termoplásticos autolubricantes: qué son y cómo funcionan
Los compounds termoplásticos autolubricantes son materiales en los que se dispersan aditivos funcionales específicos dentro de la matriz polimérica con el objetivo de controlar la fricción y el desgaste generados por el movimiento relativo entre dos o más superficies.
La gama LATILUB incluye formulaciones desarrolladas utilizando diferentes sistemas autolubricantes, seleccionados en función de las prestaciones requeridas y de las condiciones operativas de la aplicación.
Entre las soluciones utilizadas se encuentran, por ejemplo:
- grafito, bisulfuro de molibdeno y aceite de silicona, para intervenir en el comportamiento frente a la fricción;
- fibras aramídicas, para contribuir al control del desgaste;
- fibras de carbono y cargas cerámicas, para incrementar el límite PV;
- formulaciones basadas en PTFE
- soluciones alternativas libres de PFAS.
La elección de la formulación depende, por tanto, del problema tribológico a resolver y de las condiciones en las que el componente deberá operar realmente.
En otras palabras, no existe un compound autolubricante universalmente mejor: existe una formulación más o menos adecuada para un sistema tribológico específico.
Ventajas de los compounds autolubricantes en aplicaciones en movimiento
Una de las principales ventajas de los compounds autolubricantes es la posibilidad de operar sin lubricación externa mediante aceites o grasas, cuando las condiciones de la aplicación lo permiten.
Esto puede contribuir a:
- reducir las necesidades de mantenimiento;
- mantener los sistemas más limpios;
- limitar la acumulación de polvo y contaminantes asociada a la presencia de lubricantes tradicionales.
A estas ventajas se añaden las típicas de los materiales termoplásticos:
- posibilidad de obtener geometrías complejas mediante moldeo por inyección;
- integración de múltiples funciones en el mismo componente;
- reducción de masas en comparación con muchas soluciones metálicas;
- posibilidad de fabricar componentes destinados a entornos técnicamente exigentes;
- control de fricción, desgaste y ruido en aplicaciones en movimiento.
Los materiales autolubricantes encuentran, por tanto, aplicación en componentes como engranajes, casquillos, cojinetes, planos de deslizamiento, guías lineales, levas, pernos, sistemas de automatización, bombas y válvulas, así como en los acoplamientos entre piezas plásticas y metálicas.
Coeficiente de fricción y desgaste: por qué un solo valor no basta
Cuando se habla de tribología, una de las primeras magnitudes consideradas suele ser el coeficiente de fricción.
Sin embargo, preguntar simplemente «¿cuál es el coeficiente de fricción de este material?» rara vez es suficiente para predecir su comportamiento en un componente real.
Las prestaciones tribológicas dependen, de hecho, de numerosos parámetros, entre ellos:
- temperatura de servicio;
- presión o carga aplicada;
- velocidad relativa;
- geometría del contacto;
- acabado superficial;
- material de la contraparte;
- condiciones ambientales;
- duración y tipo de movimiento.
Incluso la fricción y el desgaste, aunque están estrechamente relacionados, representan fenómenos diferentes.
Un material caracterizado por un coeficiente de fricción particularmente bajo no es necesariamente el que ofrece también el menor desgaste en las mismas condiciones.
Por ello, LATI recomienda utilizar los coeficientes de fricción y los factores de desgaste principalmente para comparar diferentes materiales en las mismas condiciones de ensayo, evitando considerarlos automáticamente como valores absolutos de diseño.
Es aquí donde la caracterización experimental asume un papel central.
Tribómetro: cómo se miden la fricción y el desgaste de los materiales plásticos
El tribómetro es un instrumento utilizado para caracterizar el comportamiento tribológico de materiales y pares de materiales en condiciones controladas de contacto y movimiento.
A través de ensayos definidos es posible estudiar fenómenos como la fricción y el desgaste, comparar diferentes formulaciones y analizar cómo varía el comportamiento del material al modificar los parámetros del sistema tribológico.
El valor de un ensayo tribológico reside precisamente en la posibilidad de controlar las condiciones de la prueba.
La carga, la velocidad, la temperatura, la distancia recorrida, la geometría del contacto, el material de la contraparte y las características superficiales deben definirse con atención para que los resultados sean significativos con respecto a la aplicación que se desea estudiar.
Cuanto mejor se conozcan las condiciones operativas reales, más posible será diseñar un ensayo capaz de proporcionar indicaciones útiles para la selección del material.
Ensayos tribológicos rotativos y lineales: qué cambia
Las posibilidades de caracterización del tribómetro utilizado por LATI se han ampliado recientemente mediante la introducción de un nuevo módulo lineal.
El sistema permite complementar los ensayos caracterizados por movimiento rotatorio con pruebas de movimiento lineal alternativo, o reciprocante.
En el movimiento alternativo, el contacto recorre repetidamente una determinada huella y el sentido del movimiento se invierte periódicamente.
Esta configuración permite representar condiciones cinemáticas diferentes a la rotación continua y estudiar más de cerca aplicaciones en las que los componentes trabajan mediante deslizamientos de vaivén.
Disponer de ambas configuraciones amplía, por tanto, las condiciones en las que se pueden caracterizar los compounds LATILUB.
El objetivo no es simplemente recopilar un mayor número de datos, sino obtener información más representativa del sistema tribológico real que se desea analizar.
Para profundizar en el significado de esta evolución desde el punto de vista del desarrollo de materiales, hablamos con Annacarla Cereti, Product Development Technician en LATI
Ensayos tribológicos en los LATILUB: cinco preguntas al laboratorio LATI
Anna, empecemos por lo básico: ¿qué es un tribómetro y qué nos permite entender sobre el comportamiento de un material plástico autolubricante?
| Un tribómetro es un instrumento de laboratorio utilizado para medir la fricción y el desgaste entre dos superficies en contacto y en movimiento relativo. En el caso de un material plástico autolubricante, permite entender con qué facilidad se desliza el material contra otra superficie, cuánto se desgasta y qué eficacia tiene su capacidad para reducir la fricción sin lubricantes externos. |
¿Cómo se configura un ensayo tribológico y cuáles son las variables que más pueden influir en el resultado?
| En LATI utilizamos un tribómetro en configuración pin-on-disc, en el que el pin de acero se presiona con una carga determinada contra un disco de material plástico que gira a una velocidad dada. El sistema mide el coeficiente de fricción y permite cuantificar el desgaste tras una distancia recorrida determinada. Los factores que influyen en el ensayo son, por tanto, la carga aplicada, la velocidad de rotación, la temperatura, la rugosidad de la superficie y la duración de la prueba. |
Recientemente, nuestro tribómetro se ha equipado con un nuevo módulo lineal. ¿Qué permite hacer en comparación con la configuración anterior?
| En la clásica configuración pin-on-disc, el movimiento del disco es rotatorio y el pin deja una huella circular que se recorre siempre en el mismo sentido durante el ensayo. El módulo lineal permite transformar esta rotación en un movimiento lineal alternativo, en el que la huella dejada es una línea que se recorre hacia adelante y hacia atrás. |
¿De qué manera la posibilidad de realizar ensayos de movimiento alternativo amplía la caracterización de los materiales LATILUB?
| Dado que las prestaciones tribológicas de un material no dependen solo del material, sino de todo el sistema en el que opera, ser capaz de realizar ensayos en diferentes configuraciones permite estudiar sistemas distintos y obtener más información sobre el posible comportamiento del material. |
Del laboratorio al componente real: ¿cómo pueden estos ensayos ayudar a diseñadores, transformadores y desarrolladores a elegir el compound más adecuado?
| Los valores obtenidos en el laboratorio no pueden utilizarse como datos de diseño, sino más bien para comparar diferentes materiales ensayados en condiciones similares. La caracterización puede realizarse con el módulo rotatorio o con el lineal según la aplicación del cliente; sin embargo, lo ideal sería crear una situación de ensayo (tipo de contacto, cargas, velocidad, geometría, etc.) lo más parecida posible al sistema real. |
Del ensayo tribológico a la elección del compound
Cuando se aborda un problema tribológico, elegir simplemente el material con el coeficiente de fricción más bajo rara vez es suficiente.
Es necesario considerar simultáneamente:
- fricción;
- desgaste;
- condiciones de contacto;
- tipo de movimiento;
- velocidad;
- presión o carga;
- temperatura;
- material de la contraparte;
- entorno operativo;
- requisitos estructurales y durabilidad prevista del componente.
La formulación del compound representa, por tanto, el punto de partida. La caracterización experimental permite, en cambio, comprender su comportamiento, comparar diferentes soluciones e identificar las más prometedoras para las condiciones de aplicación consideradas.
Con la introducción del módulo lineal, LATI amplía aún más sus capacidades de análisis, complementando los ensayos rotativos con pruebas de movimiento alternativo y aumentando así las posibilidades de estudiar los materiales LATILUB en escenarios más cercanos a las necesidades reales de aplicación.
El laboratorio se convierte así no solo en una herramienta de verificación de las propiedades del material, sino en un apoyo concreto para el diseño y la selección del compound.
| ¿Tiene una aplicación caracterizada por problemas de fricción o desgaste? El tipo de movimiento, la velocidad, la carga o presión de contacto, la temperatura, la contraparte, las condiciones ambientales y los objetivos de rendimiento son informaciones fundamentales para configurar correctamente la selección del material y su caracterización. Contacte con el equipo de LATI para profundizar en la elección y caracterización de los compounds LATILUB para su aplicación. |
FAQ
¿Qué es un compound autolubricante?
Un compound autolubricante es un material termoplástico formulado con aditivos funcionales destinados a controlar la fricción y el desgaste en aplicaciones caracterizadas por el movimiento relativo entre superficies, reduciendo o eliminando en determinados casos la necesidad de lubricantes externos.
¿Cómo se mide el coeficiente de fricción de un material plástico?
El coeficiente de fricción puede evaluarse mediante ensayos tribológicos realizados en condiciones controladas de carga, velocidad, temperatura, geometría del contacto y material de la contraparte. El resultado debe interpretarse siempre en relación con las condiciones específicas del ensayo.
¿Cuál es la diferencia entre fricción y desgaste?
La fricción describe la resistencia al movimiento relativo entre dos superficies, mientras que el desgaste se refiere al deterioro progresivo o la pérdida de material debida al contacto. Un bajo coeficiente de fricción no conlleva necesariamente un bajo desgaste.
¿Para qué sirve un tribómetro?
Un tribómetro permite caracterizar la interacción entre superficies sometidas a movimiento relativo y comparar el comportamiento de diferentes materiales en condiciones tribológicas definidas.
¿Qué información se necesita para elegir un material plástico autolubricante?
Es importante conocer al menos el tipo de movimiento, la velocidad, la carga o presión de contacto, la temperatura, el material de la contraparte, las condiciones ambientales, la geometría del componente y la durabilidad requerida.
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