Sinterizado

Polímeros plásticos con un alto punto de fusión y viscosidad de fusión tales como el politetrafluoroetileno, mejor conocido como Teflon™ o PTFE, el polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE) y algunas poliamidas no pueden ser transformados en procesos comunes para resinas termoplásticas.

PTFE

En el caso del PTFE, el primer punto de fusión es de 342°C (648°F) y la viscosidad de fusión está en el rango de 10^11 – 10^12 a 380°C (716°F). Esta alta viscosidad de fusión inhibe cualquier flujo similar al conocido para otros termoplásticos. Por lo tanto, se han desarrollado métodos de procesamiento no convencionales para acomodar las propiedades únicas del PTFE. El principal proceso de fabricación es una versión modificada del moldeo por compresión de polvos metalúrgicos conocido como sinterización.

La sinterización es el proceso de fusión de partículas en una masa sólida mediante el uso de una combinación de presión y calor sin fundir los materiales. Los átomos de los materiales se dispersan a través de los límites de las partículas, fusionando las partículas entre sí y creando una pieza sólida. Debido a que la temperatura de sinterización no tiene que alcanzar el punto de fusión del material, la sinterización es a menudo elegida como el proceso de conformación para materiales con puntos de fusión extremadamente altos.

El proceso completo consiste de tres pasos:

  • Pre-Formado
  • Sinterización
  • Enfriamiento

 

PRE-FORMADO

Antes de usar el polvo, debe acondicionarse entre los 19°C (66°F) y los 28°C (82°F) debido a una transición molecular especial de PTFE. La molécula de PTFE, que tiene una forma helicoidal, se tensa por la transición de una hélice en la que se requieren 15 carbones para que 180˚ se convierta en 13 carbones. Por debajo de 19˚C (66°F) el PTFE se vuelve rígido y menos conformable, por lo que existe la posibilidad de que las piezas moldeadas puedan terminar agrietadas. El polvo de PTFE se vuelve pegajoso, forma grumos y el flujo se reduce a temperaturas superiores a 28˚C (82°F).

Primero el molde se llena manualmente con la resina. Luego, se compacta en una preforma que tiene una forma similar a la forma final del molde deseado. La preforma se coloca en un horno donde se somete a ciclos de calentamiento y enfriamiento en los que se definen y programan las velocidades de calentamiento y enfriamiento y los tiempos de permanencia.

SINTERIZACIÓN Y ENFRIAMIENTO

Una preforma de PTFE tiene una fuerza cohesiva limitada y es esencialmente inútil; la sinterización permite la coalescencia de las partículas de resina, lo que proporciona fuerza y reducción de los vacíos. La preforma completa su recuperación elástica y comienza a expandirse térmicamente más allá del punto de fusión.

Por encima de su punto de fusión, el PTFE es un gel transparente debido a la ausencia de una fase cristalina. A la temperatura de sinterización, las partículas de PTFE fundido adyacentes se fusionan y se unen. Después de que dos partículas se han fusionado completamente, serían indistinguibles de una partícula más grande y los vacíos se eliminan bajo la fuerza motriz de la tensión superficial. Las resinas de partículas más pequeñas y las presiones de preforma más altas mejoran la coalescencia.

La coalescencia y la eliminación de los vacíos requieren tiempo debido a la limitada movilidad de las moléculas de PTFE. La temperatura de sinterización se mantiene durante un período de tiempo para permitir que la fusión, la coalescencia y la eliminación de vacíos prosigan y maximicen las propiedades de la pieza. Se alcanza un tiempo más allá del cual las propiedades de la pieza ya no mejoran y comienza la degradación. El desarrollo de las propiedades debe equilibrarse con el costo al seleccionar un ciclo de sinterización.

Las propiedades mecánicas del PTFE dependen de variables de procesamiento, por ejemplo, la presión de preformación, la temperatura de sinterización y el tiempo, la velocidad de enfriamiento, el contenido de vacío y la cristalinidad.

Propiedades como el coeficiente de fricción, la flexibilidad a bajas temperaturas y la estabilidad a altas temperaturas son relativamente independientes de la fabricación. Las condiciones de moldeo y sinterización afectan a la vida de flexión, la permeabilidad, la rigidez, la resistencia y la fuerza de impacto.

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