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Guía de Selección de Materiales

Los plásticos sustituyen cada vez más a menudo a los materiales tradicionales tales como bronce, acero inoxidable, hierro fundido y cerámica. Los motivos más comunes para el cambio a materiales plásticos incluyen:

  • Mayor vida útil de la pieza
  • Eliminación de lubricación
  • Menor desgaste de las piezas en contacto
  • Funcionamiento más rápido de los equipos / velocidad de línea
  • Se requiere menor energía para el funcionamiento del equipo
  • Resistencia a la corrosión

Con la amplia disponibilidad de materiales plásticos de hoy en día, seleccionar el mejor material para cada ocasión puede ser una propuesta intimidante. Aquí le presentamos una guía para ayudarle a seleccionar el material plástico que se acerque más a sus necesidades.

Determinar si la naturaleza del componente

  • Aplicación de desgaste o rodamiento (por ejemplo con fuerzas de fricción)
  • Aplicación estructural  (estático o dinámico)

Determinar la función principal del componente lo orientará a un grupo de materiales. Por ejemplo, los materiales semicristalinos, como lo son los nylons o acetales, superan a los materiales amorfos, como por ejemplo Duratron® PEI, polisulfonas o policarbonatos, en aplicaciones de rodamientos o de desgaste. Dentro de cada grupo de materiales, se puede reducir aún más las opciones al conocer qué aditivos son los más adecuados para la aplicación.

Las propiedades de desgaste se ven reforzadas por el MoS2, el grafito, la fibra de carbono y los lubricantes poliméricos como por ejemplo PTFE o ceras.

Las propiedades estructurales se ven reforzadas por la fibra de vidrio y la fibra de carbono.

Una vez se haya determinado la naturaleza de la aplicación (desgaste / rodamiento o estructural), se pueden reducir aún más las opciones de materiales determinando los requerimientos de las propiedades mecánicas de la aplicación.

Para aplicaciones de desgaste o rodamiento, la primera consideración es el rendimiento al desgaste manifestado como "factor k" y PV. Para calcular el PV requerido se debe multiplicar la presión por la velocidad: presión (psi) x velocidad (rpm). Mediante la figura 1, se seleccionan los materiales cuyo límite de PV están por encima del PV que se ha calculado para la aplicación. Se puede hacer una nueva selección al tomar en cuenta el factor de desgaste "k". Por lo general, cuanto más bajo sea el factor "k" más largo será el período de vida del material.

 

 

Los componentes estructurales son comúnmente diseñados para tensiones máximas de funcionamiento continuo equivalentes al 25 % de su resistencia final a una temperatura específica. Esta guía pretende compensar el comportamiento viscoelástico de los plásticos que da lugar a la fluencia. Se proporcionan curvas isométricas tiempo - tensión para ayudar a caracterizar la resistencia del material en función del tiempo, tanto a temperatura ambiente (figura 2) como a 150 °C (figura 3).

Considere los requerimientos térmicos de su aplicación utilizando tanto condiciones típicas como extremas.

La resistencia térmica de un material se caracteriza tanto por su temperatura de deflexión bajo carga (HDT) como por su temperatura de servicio en continuo. La temperatura de deflexión bajo carga (HDT) es indicativa de la temperatura de reblandecimiento de los materiales, y es generalmente aceptada como un límite de temperatura máximo para componentes sin restricciones con tensiones de moderadas a altas. La temperatura de servicio en continuo se utiliza generalmente para indicar la temperatura a la cual las propiedades físicas se degradan de forma significativa y permanente después de periodos largos de exposición. Esta guía no se debe confundir con el funcionamiento continuo o temperaturas de uso proporcionadas por los organismos reguladores tales como Underwriters Laboratories UL.

El punto de fusión de los materiales semicristalinos, y la temperatura de transición vítrea de los materiales amorfos son las temperaturas extremas de corto plazo a las cuales el componente mantiene su forma. Se debe evitar utilizar la mayoría de plásticos de ingeniería por encima de esta temperatura.

 

Considere los agentes químicos a los que se expondrá el material durante su uso y/o limpieza.

Quadrant proporciona información de compatibilidad química como una guía en este catálogo. Se debe considerar que la concentración, la temperatura, el tiempo y los esfuerzos a los que se somete el componente también influyen en la resistencia química.

Los nylons, los acetales y Ertalyte® PET-P son generalmente adecuados para entornos industriales. Los materiales semicristalinos de alto rendimiento, tales como Fluorosint®, Techtron® PPS y Ketron™ PEEK, son más apropiados para entornos químicos agresivos tal y como se ve la figura 5. Recomendamos ampliamente que primero se pruebe el material bajo las condiciones de uso final. La resistencia química específica se puede encontrar en el cuadro de comparación de propiedades.

Antes de proceder a los pasos 5, 6 y 7, es apropiado considerar las características adicionales de los materiales incluyendo:

  • Resistencia al impacto y tenacidad
  • Estabilidad dimensional
  • Regulaciones y cumplimiento

Los materiales con mayor elongación a la tensión y resistencia al Impacto Izod, son generalmente más resistentes y menos susceptibles a las roturas por cargas de impacto.

TABLA 1

Comparación de Propiedades Mecánicas
 Resistencia a la tensión  (psi)Resistencia a la compresión (psi)Módulo a flexión
(psi)
Elongación
(%)
Impacto Izod a
73 °F
Absorción de agua
(24hr.)
Nylatron® NSM 11,00014,000475,000200.50.25
Acetron® GP 9,50015,000400,000301.00.2
Ertalyte® PET-P12,40015,000490,000200.50.07
Quadrant® PPSU11,00013,400345,000302.50.37
Duratron® U1000 PEI16,50022,000500,000800.50.25
Duratron® U2300 PEI17,00032,000900,00031.00.18
Fluorosint®500 PEI1,1004,000500,000100.90.10
Techtron® PPS13,50021,500575,000150.60.01
Techtron® 40% GF PPS13,00024,0001,000,00021.00.02
Ketron® 1000 PEEK16,00020,000600,000201.00.10
Ketron® GF30 PEEK18,00026,0001,000,00031.40.10
Duratron® T4203 PAI18,00030,000600,00052.00.33
Duratron® T4301 PAI12,00024,0001,000,00030.80.28
Duratron® T5530 PAI14,00027,000900,00030.70.30
Duratron® PI13,50019,000530,00030.60.62
Duratron®  PBI23,00050,000950,00030.50.40

 

Los plásticos de ingeniería se pueden expandir y contraer con cambios de temperatura, entre 10 y 15 veces más que muchos metales, entre ellos el acero. Se utiliza el Coeficiente de Expansión Térmica Lineal (CLTE) para estimar el rango de expansión de los materiales plásticos de ingeniería. El coeficiente se proporciona tanto como función de temperatura, como valor promedio. La figura 6 muestra como varían los termoplásticos con la temperatura.

 

El módulo de elasticidad y la absorción de agua también contribuyen a la estabilidad dimensional de un material. Asegúrese de considerar los efectos tanto de la humedad como del vapor.

Los organismos tales como Food and Drug Administration (FDA), U.S. Department of Agriculture (USDA), Underwriters Laboratory (UL), 3A-Diary Association y American Bureau of Shipping (ABS) establecen los requisitos específicos para el uso del material dentro de sus sectores industriales.

Seleccione el formato más rentable para su pieza.

Quadrant ofrece a los diseñadores una amplia disponibilidad de tamaños y configuraciones. Asegúrese de tener en cuenta todas los posibles formatos, se puede reducir costes de fabricación al obtener el formato más económico.

Considere las diferentes alternativas de procesado de Quadrant.

 

Para: Seleccione:

Grandes longitudes

Diámetros pequeños

Barra, placa, láminas, perfiles, barra tubular, casquillos de stock

Extrusión

Piezas estándar grandes

Piezas semiterminadas

Barra, placas, barra tubular, configuraciones terminadas y semiterminadas

Colada

Piezas pequeñasa en materiales de ingeniería avanzados

Barra, disco, placa, barra tubular

Moldeo por compresión

Piezas pequeñas en materiales de ingeniería avanzados

Diámetros pequeños

Barra, disco, placa, barra tubular

Moldeo por inyección

Nota: De un proceso a otro, muchas opciones de material siguen siendo las mismas. Sin embargo, hay diferencias de propiedades físicas causadas en la técnica de procesado utilizada para hacer la pieza.

Por ejemplo:

  • Las piezas moldeadas por inyección muestran la mayor anisotropía.
  • Los productos extruidos muestran comportamiento ligeramente anisotrópico.
  • Los productos moldeados por compresión son isotrópicos, muestran propiedades iguales en todas las direcciones.

Determine la facilidad de mecanizado de los materiales.

El mecanizado puede ser también un criterio de selección de material. Todos los productos de Quadrant están libres de tensiones internas para mejorar el mecanizado. En general, las formulaciones reforzadas con vidrio y carbono son considerablemente más abrasivas con las herramientas, y son más susceptibles a las roturas durante el mecanizado comparando con las formulaciones no reforzada, aunque presentan mayor estabilidad.

Debido a su extrema dureza, los materiales imidizados, Duratron® PAI, Duratron® PI y Duratron® PBI, pueden ser difíciles de mecanizar. Se deben utilizar herramientas de carburo o diamante policristalino durante el mecanizado de estos materiales. Para ayudar en la evaluación del mecanizado, se puede encontrar una clasificación relativa para cada material en los cuadros de comparación de propiedades.

Asegúrese de recibir lo que especifique.

Las propiedades listadas hacen referencia únicamente a los materiales de Quadrant EPP. Asegúrese de no estar comprando un producto inferior. Solicite las certificaciones del producto al momento de pedirlo.

Notas de ingeniería:

Todos los materiales tienen limitaciones inherentes que deben ser consideradas en el diseño de las piezas. Para que las limitaciones sean claras, cada perfil de material tiene una sección de notas de ingeniería dedicada a identificar estos atributos.

Esperamos que nuestra claridad sobre las virtudes y limitantes de los materiales simplifiquen su proceso de selección. Para información adicional, por favor contacte al departamento de soporte técnico de Quadrant EPP.

Información Adicional

  • keyboard_arrow_downComportamiento ante la llama

    Los Plásticos de Ingeniería son más o menos inflamables. La inflamabilidad depende de la estructura química, los refuerzos o aditivos, el entorno rico en oxígeno o no, la temperatura ambiente, la geometría de la pieza, la presencia o no de una fuente de ignición... Con la acción del fuego, algunos polímeros arderán con facilidad, a otros les costará más, incluso algunos no llegarán a arder.

    • Clasificación* acorde a UL94 
    • Índice de Oxígeno (ISO 4589)
      El Índice de Oxígeno es uno de los ensayos más relevantes y fáciles de reproducir. El ensayo consiste en medir la concentración crítica de oxígeno en una mezcla O2-N2 para que la muestra arda en condiciones definidas. Si el índice es menor al 21 %, el material arderá con facilidad en aire al retirar la fuente de ignición. Cuanto mayor sea índice, menos inflamable será el material.

    *Clasificación UL94

    Espesores

     

    3.0 mm      6.0 mm

    Índice de Oxígeno

    ASTM D2863

    ISO4589

    Ertalon® 6 SAHBHB25
    Ertalon® 66 SAHBHB26
    Ertalon® 66 SA-CHBHB24
    Ertalon® 4.6HBHB24
    Ertalon® 66-GF30HBHB-
    Ertalon® 6 PLAHBHB25
    Ertalon® 6 XAU+HBHB25
    Ertalon® LFXHBHB-
    Nylatron® MC 901HBHB25
    Nylatron® GSMHBHB25
    Nylatron® NSMHBHB-
    Nylatron® GSHBHB26
    Ertacetal® CHBHB15
    Ertacetal® HHBHB15
    Ertacetal® H-TFHBHB-
    Ertalyte®HBHB25
    Ertalyte® TXHBHB25
    Quadrant® PC 1000HBHB25
    Duratron® PBIV-0V-058
    Duratron® T4203 PAIV-0V-045
    Duratron® T4301 PAIV-0V-044
    Duratron® T5530 PAIV-0V-050
    Ketron® PEEK-1000V-0V-035
    Ketron® PEEK-HPVV-0V-043
    Ketron® PEEK-GF30V-0V-040
    Ketron® PEEK-CA30V-0V-040
    Techtron® HPV PPSV-0V-047
    Quadrant® PPSUV-0V-044
    Duratron® U1000 PEIV-0V-047
    Quadrant® PSU 1000HBHB30
    Fluorosint® 500V-0V-0-
    Fluorosint® 207V-0V-0-
    Semitron® ESd 225-HB< 20
    Semitron® ESd 410CV-0V-047
    Semitron® ESd 500HRV-0V-0-
    Semitron® ESd 520HRV-0V-048

     

    Nota: estos datos obtenidos del fabricante de materia prima, no pretenden reflejar los peligros presentados por los materiales en condiciones reales de incendios.

  • keyboard_arrow_downDesgasificación

    En1995, los materiales QEPP fueron ensayados acorde a la Agencia Espacial Europea (ESA) para la especificación PSS-01-702: A thermal vacuum test for the screening of space materials. Se calentaron las muestras a 125 °C durante 24 horas (según método A), las placas colectoras se mantuvieron a 25 °C y el ensayo se llevó a cabo en vacío 10-3 P


    TML (%) RML (%) CVCM (%)
    Ertalon® 66 SA 1.3 0.17 0.002
    Ertalon® 6 PLA 1.5 0.06 0.005
    Ertacetal® C 0.34 0.13 0.016
    Ertacetal® H 0.47 0.24 0.005
    Ertalyte® 0.33 0.2 0.005
    Ertalyte® TX 0.25 0.03 0.003
    Duratron® PBI 2.2 0.84 0.014
    Duratron® T4203 PAI 1.9 0.93 0.007
    Duratron® T4301 PAI 1.4 0.42 0.018
    Ketron® PEEK-1000 0.26 0.03 0.003
    Ketron® PEEK-HPV 0.16 0.02 0.003
    Techtron® HPV PPS 0.06 0.02 0.003
    Duratron® U1000 PEI 0.82 0.32 0.002
    Quadrant® PSU 1000 0.49 0.09 0.002


    TML = Total Mass Loss
    RML = Recovered Mass Loss
    CVCM = Collected Volatile Condensed Material

  • keyboard_arrow_downEsterilización a vapor

    La esterilización a vapor se utiliza con frecuencia en la industria médica para esterilizar todo material reutilizable, aparatos, instrumentos... Se lleva a cabo en un recipiente presurizado que permite la presencia de vapor saturado sobrecalentado. El objetivo principal de la esterilización es la eliminación de microorganismos.

    Mediante ensayos se midieron los efectos de la esterilización continua en el ensayo de impacto Charpy con entalla, ISO 179-1-1eA a 23 °C:

    • Duratron® U1000 PEI, Ketron® PEEK-1000 y Quadrant® PPSU son adecuados para la esterilización continua
    • Quadrant® PSU 1000 y Techtron® HPV PPS también ofrecen buenos resultados hasta 500 ciclos
    • Ertacetal® C y Ertalyte® se pueden utilizar en piezas con pocos ciclos de esterilización
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