¿Se encoge el nylon?

Mientras cambiaba un cable tie corroído en maquinaria cerca de una línea de vapor, un técnico de mantenimiento en una instalación de procesamiento de alimentos tomó un cable tie de nylon típico de los almacenes. Hizo que el cable tie estuviera apretado. Una semana después, el paquete colgaba suelto, con el cable tie encogido y apretando el lazo alrededor de los tubos. Sin embargo, al bloquear los cables, el ancho del cable tie había disminuido en cierta medida, quitando parte de su tensión. Los hallazgos del técnico confirmaron una característica importante del nylon que a menudo se pasa por alto: el nylon tiende a encogerse a altas temperaturas, afectando su rendimiento independientemente del tipo de producto: cable tie, textil o elemento moldeado por inyección. Es crucial que todos los que seleccionan, utilizan o dependen de los cable ties de nylon conozcan la siguiente información sobre el encogimiento del nylon: dónde y en qué circunstancias se encoge y cuánto. En esta guía, se explican los principios básicos del encogimiento del nylon junto con el impacto de este proceso en la fabricación y uso de los cable ties de nylon.

El nylon 6/6 es la sustancia de la que están hechos la mayoría de los cable ties. Este material puede contraerse cuando se calienta y también cambiar de tamaño ligeramente debido a la absorción o pérdida de humedad. En uso, el encogimiento de un cable tie de nylon resulta principalmente de la relajación térmica de las tensiones que se crearon en él durante el moldeo por inyección. Cuando el nylon se somete a una temperatura superior a su punto de transición vítrea (su valor real depende del contenido de humedad del material, el rango aproximado es de 50 a 60 grados Celsius), las cadenas de polímero obtienen movilidad, lo que les permite relajarse de un estado orientado estirado de vuelta a un estado aleatorio menos eficiente y, por lo tanto, disminuir de tamaño.

Por qué se encoge el nylon: La ciencia del estrés moldeado y la relajación térmica

Para entender la razón del encogimiento del nylon, primero debemos saber qué sucede dentro del nylon mientras se inyecta en el molde. Nylon 6/6 es un polímero semicristalino. Mientras se funde e inyecta en la cavidad del molde bajo gran presión, la larga cadena de polímeros tiene que moverse a través de los estrechos canales de la cavidad del molde. Después del proceso de enfriamiento y solidificación, las cadenas permanecen en la forma estirada y orientada con alineación en la dirección del flujo, estando en tensión. Esto no es un error; es solo una propiedad básica del nylon moldeado por inyección y le sucede a cada brida de nylon producida. La orientación proporciona a la brida una alta resistencia en la dirección de longitud, ya que en la forma estirada, puede soportar mayores fuerzas de tracción en comparación con el polímero orientado al azar. Sin embargo, esto constituye condiciones no óptimas para el material, ya que aún tenemos la posibilidad de que al calentarse, las cadenas de polímero comiencen a relajarse hacia la forma más aleatoria. Al suceder esto, el material se encogerá a lo largo de la dirección de flujo inicial de la brida. Debido a esto, la brida hecha de nylon se encoge cuando se calienta, lo que significa que su orientación moldeada se está relajando. La temperatura a la cual comienza este proceso de relajación se llama temperatura de transición vítrea (Tg). La Tg para nylon 6/6 es de aproximadamente 50-60 grados Celsius. Cuando la temperatura es inferior a este valor, las dimensiones de la brida son estables. Cuando la temperatura es superior a Tg, el proceso de enfriamiento causará el encogimiento de 1-3% durante horas o días. Para una comprensión más profunda de cómo se comporta el nylon 6/6 a temperaturas elevadas y cómo las calidades estabilizadas térmicamente extienden el rango de servicio, nuestra guía sobre si las bridas son resistentes al calor proporciona los datos de servicio continuo y punto de fusión para cada material común de brida.

Efectos de la humedad: el segundo cambio de dimensión más pequeño

El nylon es higroscópico, lo que significa que absorbe humedad del ambiente. Esta es una propiedad muy conocida de este material, razón por la cual las bridas de nylon se envían en bolsas herméticamente selladas y se sienten ligeramente rígidas cuando se almacenan en condiciones de baja humedad. Cuando el nylon absorbe humedad, se expande ligeramente a medida que las moléculas de agua actúan como plastificantes, separando las cadenas de polímero entre sí. Cuando el nylon se seca, se encoge un poco. Este cambio de dimensión inducido por la humedad es mínimo en comparación con el encogimiento térmico mencionado anteriormente, siendo generalmente no más que una fracción de un porcentaje y de naturaleza reversible, con el nylon hinchándose nuevamente al reabsorber humedad. En condiciones normales de interiores, el contenido de humedad de la brida de nylon se estabiliza según la humedad del ambiente en el que se utiliza. El único caso en el que el encogimiento relacionado con la humedad es de alguna importancia es cuando las bridas de nylon están expuestas a una sequedad excesiva a altas temperaturas, por ejemplo, cuando se encuentran dentro de un horno industrial o un recinto calentado en condiciones de clima seco.

Cómo el encogimiento del nylon afecta el rendimiento de la brida en la práctica

En la gran mayoría de las aplicaciones interiores a temperatura ambiente, el encogimiento de un cable de nylon es insignificante y no afecta el rendimiento de la instalación. Un lazo que se instala a 20°C y que permanece a 20°C durante toda su vida útil no se encogerá. El encogimiento se convierte en una preocupación práctica solo cuando el lazo se expone a temperaturas elevadas sostenidas, y la tabla a continuación resume el comportamiento de diferentes materiales de lazo bajo estrés térmico.

Encogimiento del Nylon en Otras Industrias: Textiles y Componentes Moldeados por Inyección

La contracción del nylon no ocurre solo con las bridas. Es una de las propiedades del material y es la misma para cualquier producto hecho de nylon 6/6 y otros tipos de nylon. Se utiliza en textiles: las telas de nylon utilizadas para ropa deportiva, trajes de baño, ropa de exterior, etc., generalmente se mezclan con spandex u otros elastómeros para proporcionar elasticidad y recuperación. Así, una prenda hecha de nylon 100% no se encoge durante el ciclo normal de lavado y secado, ya que las temperaturas están cerca o justo por encima de la temperatura de transición vítrea y el grado de relajación es casi negligible. En cuanto a una prenda hecha de una mezcla de nylon y spandex como el nylon 80% y el spandex 20%, se encoge más porque las fibras de spandex son más sensibles al calor que el nylon y la estructura de la tela cambia en la secadora. Las instrucciones en las etiquetas de cuidado de cada prenda de nylon—”secar en plano”, “no secar en secadora”—son el resultado del mismo proceso de relajación térmica y procesos de mineración en el caso de una brida de nylon colocada en un entorno industrial caliente. El material es el mismo. El efecto es el mismo. La única diferencia es la aplicación.

Cuando se trata de componentes moldeados por inyección como engranajes, rodamientos y partes de conectores eléctricos y partes bajo el capó del automóvil, la contracción se compensa en el diseño del molde. La cavidad del molde se corta un poco más grande que las dimensiones de la pieza después de que se ha enfriado en el molde. Así, la contracción se tiene en cuenta cuando se fabrica el molde. Esta es una práctica común en la acción de moldeo por inyección y esto es lo que hace que las medidas de una brida—longitud, ancho y grosor—se refieran a dimensiones después del proceso de moldeo, y no a la cavidad del molde.

Mejores Prácticas para Usar Bridas de Nylon en Entornos Calientes

Para el instalador o diseñador que utiliza bridas de nylon en un entorno caliente, las siguientes mejores prácticas evitarán fallos de contracción que pueden ser predecibles y evitables.
Primero, use material adecuado para la temperatura máxima de servicio. Si la temperatura ambiente en la ubicación es superior a 85°C—ya sea en un compartimento del motor, una tubería de vapor o un horno industrial—no se debe usar nylon 6/6 estándar; se debe usar una brida de nylon estabilizada térmicamente que pueda soportar hasta 125°C o ETFE o acero inoxidable para rangos de temperatura más altos.
Segundo, no apriete demasiado las bridas. Una brida que se aprieta a su máximo a temperatura ambiente estará sometida a tensión debido a la contracción durante la operación, lo que puede resultar en fallos como la ruptura de la cabeza de separación o el estallido de la correa debido a la tensión excesiva más la contracción de la brida. Al emplear una herramienta calibrada para tensar bridas que opera bajo el estrés preestablecido para un tamaño dado de una brida de nylon se evita el problema.
En tercer lugar, monitoree la instalación de las bridas en entornos cálidos que se utilizan. Si la brida se ha encogido o se ha vuelto quebradiza o agrietada, necesita ser reemplazada; además, el reemplazo debe ser del material apropiado para las condiciones de temperatura que causaron la falla.
En cuarto lugar, en el caso de una aplicación crítica como las bridas suspendidas, el aseguramiento de seguridad y el uso al aire libre en desiertos donde la falla de la brida es altamente indeseable, use acero inoxidable desde el principio. El pequeño costo adicional de la brida de acero inoxidable en comparación con la brida de nylon es insignificante frente al costo de un incidente de falla.

Preguntas Frecuentes

¿Puede el nylon 100% ir a la secadora?

De hecho, una tela hecha de rayón y nylon puede ser colocada en una secadora de ropa en aire o baja temperatura. Sin embargo, se debe evitar el calor alto. El calor alto de la secadora alcanza temperaturas de 70 a 80 grados Celsius, temperatura que excede mucho la transición vítrea del nylon, lo que resulta en encogimiento del material, arrugas y cambios en la forma. Solo se ofrecen seguir las instrucciones del fabricante que se enumeran en la etiqueta de cuidado, y se puede mencionar secar a baja temperatura o dejar secar en plano.

¿Se encogerán el nylon 80% y el spandex 20%?

Cuando se trata de calor alto, es posible que la combinación de tela de nylon 80% y spandex 20% se encoja. Como el spandex es más sensible al calor que el nylon, el spandex puede comenzar a encogerse y perder su elasticidad a temperaturas que no afectarían al nylon. Esta tela también puede encogerse debido a la relajación del nylon y su acción mecánica en la secadora. Para prevenir el encogimiento de la tela, se debe lavar en agua fría y secar al aire o ajustar la secadora a baja temperatura.

¿Se encoge el nylon 90%?

Sí, las fibras de nylon 90% son susceptibles al encogimiento, al igual que las de nylon 100%, especialmente al exponerse a calor extremo y en caso de que el artículo no haya sido pretratado antes de la producción. El encogimiento, aunque no exceda 5%, podría cambiar considerablemente la forma en que se ajusta el artículo. En cuanto al restante 10% de la tela, que podría ser spandex, poliéster o cualquier otro tipo de fibras, también juegan un papel importante. Una tela hecha con nylon 90% y spandex 10% se encogerá más que una tela de nylon 100% porque el spandex es reactivo al calor.

¿Qué se encoge más, el nylon o el algodón?

El algodón se encoge mucho más que el nylon. El algodón es una fibra de celulosa que ocurre naturalmente y se encoge debido a la relajación de tensiones causadas durante el hilado, tejido y acabado, y puede encogerse entre 5-10% o más después de su primer ciclo de lavado y secado, especialmente si no ha sido preencogido. El nylon es un termoplástico sintético que se encoge principalmente debido a la relajación térmica de tensiones incorporadas o tensiones generadas, con un encogimiento generalmente entre 1-5% y que solo ocurre a altas temperaturas. La ropa de algodón se encoge de manera bastante notable después de solo un lavado en agua caliente y en una secadora. La ropa de nylon no experimentará ningún encogimiento si se lava en agua fría y se seca al aire.

Referencias

• American Chemistry Council — División de Plásticos. Información sobre las propiedades térmicas e higroscópicas del nylon (poliamida), incluyendo la temperatura de transición vítrea y los mecanismos de contracción térmica.
• Panduit — Especificaciones de Material de Bridas y Datos de Rendimiento Térmico. Fabricante de bridas de nylon, nylon estabilizado térmicamente, ETFE y acero inoxidable, con datos publicados sobre contracción térmica y clasificaciones de temperatura máxima de servicio.
• HellermannTyton — Propiedades del Material de Bridas y Rendimiento Ambiental. Fabricante global que proporciona datos técnicos sobre el comportamiento térmico, la absorción de humedad y la estabilidad dimensional de nylon 6/6 y materiales especiales para bridas.
• ASTM D2732 — Método de Prueba Estándar para la Contracción Térmica Lineal No Restringida de Películas y Lonas Plásticas. El método de prueba estándar para medir la contracción térmica de materiales plásticos, incluyendo el nylon utilizado en bridas.

¿El nylon pasa por contracción? Sí, lo hace—pero solo cuando se expone a temperaturas que superan su temperatura de transición vítrea. En este proceso, las cadenas de polímero que estaban congeladas durante el procedimiento de moldeo por inyección regresan a la configuración de menor energía, durante la cual se contraen. Sin embargo, la cantidad de contracción es insignificante (alrededor del 1 al 3% a una temperatura de sostenibilidad) y predecible y manejable, y se puede evitar completamente eligiendo el nylon adecuado para un trabajo particular. Por lo tanto, se puede afirmar con confianza que la brida hecha de nylon no se contraerá en un entorno interior a temperatura ambiente. Sin embargo, la brida se contraerá en puntos calientes como el espacio del motor, en una tubería de vapor o en un horno industrial, lo que resultará en la pérdida de la capacidad de resistencia de la brida, por lo que finalmente fallará. Si el instalador elige el tipo correcto de brida de nylon adecuada para una temperatura específica que la soporte, no habrá fallos causados por la contracción térmica de la brida en la práctica.