Guía de Selección de Materiales

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 estructuralesson 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.

Mitsubishi Chemical Advanced Materials 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

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.

Mitsubishi Chemical Advanced Materials 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 Mitsubishi Chemical Advanced Materials.

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 Mitsubishi Chemical Advanced Materials 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.