Vespel es la marca comercial de una gama de plásticos duraderos a base de poliimida de alto rendimiento fabricados por DuPont . El que se muestra en la estructura de la derecha fue el primero en comercializarse. [1]
Caracteristicas y aplicaciones
Vespel se utiliza principalmente en tecnología aeroespacial , de semiconductores y de transporte. Combina resistencia al calor, lubricidad, estabilidad dimensional, resistencia química y resistencia a la fluencia, y puede usarse en condiciones ambientales hostiles y extremas.
A diferencia de la mayoría de los plásticos, no produce una desgasificación significativa incluso a altas temperaturas, lo que lo hace útil para escudos térmicos ligeros y soporte de crisol . También funciona bien en aplicaciones de vacío , hasta temperaturas criogénicas extremadamente bajas . Sin embargo, Vespel tiende a absorber una pequeña cantidad de agua, lo que aumenta el tiempo de bombeo mientras se coloca en el vacío.
Aunque existen polímeros que superan a la poliimida en cada una de estas propiedades, la combinación de ellos es la principal ventaja de Vespel.
Propiedades termofísicas
Vespel se usa comúnmente como material de referencia de conductividad térmica para probar aislantes térmicos , debido a la alta reproducibilidad y consistencia de sus propiedades termofísicas . Por ejemplo, puede soportar el calentamiento repetido hasta 300 ° C sin alterar sus propiedades térmicas y mecánicas. [ cita requerida ] Se han publicado extensas tablas de difusividad térmica medida , capacidad calorífica específica y densidad derivada , todo en función de la temperatura . [ cita requerida ]
Propiedades magnéticas
Vespel se utiliza en sondas de alta resolución para espectroscopia de RMN porque su susceptibilidad magnética volumétrica (−9,02 ± 0,25 × 10 −6 para Vespel SP-1 a 21,8 ° C [2] ) es cercana a la del agua a temperatura ambiente (−9,03 × 10 −6 a 20 ° C [3] ) Los valores negativos indican que ambas sustancias son diamagnéticas . Hacer coincidir las susceptibilidades magnéticas de volumen de los materiales que rodean la muestra de RMN con la del disolvente puede reducir la susceptibilidad al ensanchamiento de las líneas de resonancia magnética.
Procesamiento para aplicaciones de fabricación
Vespel se puede procesar mediante conformado directo (DF) y moldeo isostático (formas básicas: placas, varillas y tubos). Para cantidades de prototipos, las formas básicas se utilizan normalmente para la rentabilidad, ya que las herramientas son bastante caras para las piezas de DF. Para la producción CNC a gran escala , las piezas DF se utilizan a menudo para reducir los costes por pieza, a expensas de las propiedades del material que son inferiores a las de las formas básicas producidas isostáticamente. [4]
Tipos
Para diferentes aplicaciones, se mezclan / combinan formulaciones especiales. Las formas se producen mediante tres procesos estándar: 1) moldeo por compresión (para placas y anillos); 2) moldeado isostático (para varillas); y 3) conformado directo (para piezas de pequeño tamaño producidas en grandes volúmenes). Las piezas formadas directamente tienen características de rendimiento más bajas que las piezas que se han mecanizado a partir de formas isostáticas o moldeadas por compresión. Las formas isostáticas tienen propiedades físicas isotrópicas, mientras que las formas moldeadas por compresión y forma directa exhiben propiedades físicas anisotrópicas.
Algunos ejemplos de compuestos de poliimida estándar son:
- Poliamida virgen SP-1
- proporciona temperaturas de funcionamiento desde criogénicas hasta 300 ° C (570 ° F), alta resistencia al plasma , así como una clasificación UL para mínima conductividad eléctrica y térmica. Esta es la resina de poliimida base sin relleno. También proporciona una alta resistencia física y un alargamiento máximo, y los mejores valores de aislamiento eléctrico y térmico. Ejemplo: Vespel SP-1.
- 15% de grafito en peso - SP-21
- agregado a la resina base para aumentar la resistencia al desgaste y reducir la fricción en aplicaciones tales como cojinetes lisos , arandelas de empuje, anillos de sello , bloques deslizantes y otras aplicaciones de desgaste. Este compuesto tiene las mejores propiedades mecánicas de los grados con relleno de grafito, pero más bajas que el grado virgen. Ejemplo: Vespel SP-21 .
- 40% de grafito en peso - SP-22
- para una mayor resistencia al desgaste, menor fricción, estabilidad dimensional mejorada (bajo coeficiente de expansión térmica ) y estabilidad frente a la oxidación . Ejemplo: Vespel SP-22 .
- 10% PTFE y 15% grafito por peso - SP-211
- añadido a la resina base para obtener el coeficiente de fricción más bajo en una amplia gama de condiciones de funcionamiento. También tiene una excelente resistencia al desgaste hasta 149 ° C (300 ° F). Las aplicaciones típicas incluyen cojinetes deslizantes o lineales , así como muchos usos de desgaste y fricción enumerados anteriormente. Ejemplo: Vespel SP-211 .
- 15% relleno de molibdeno (lubricante sólido de bisulfuro de molibdeno) - SP-3
- para resistencia al desgaste y la fricción en el vacío y otros entornos sin humedad donde el grafito se vuelve abrasivo. Las aplicaciones típicas incluyen sellos, cojinetes lisos, engranajes y otras superficies de desgaste en el espacio exterior, aplicaciones de vacío ultra alto o gas seco. Ejemplo: Vespel SP-3 .
Datos de propiedades del material
Propiedad | Unidades | Condición de prueba | SP-1 | SP-21 | SP-22 | SP-211 | SP-3 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Material de relleno | sin llenar | 15% grafito | 40% grafito | 10% PTFE, 15% grafito | 15% de disulfuro de molibdeno | ||
Gravedad específica | adimensional | 1,43 | 1,51 | 1,65 | 1,55 | 1,60 | |
coeficiente de expansión térmica | 10 −6 / K | 211-296 K | 45 | 34 | 27 [6] | ||
296–573 K | 54 | 49 | 38 | 54 | 52 | ||
conductividad térmica | W / mK | a 313 K | 0,35 | 0,87 | 1,73 | 0,76 | 0,47 |
resistividad de volumen | Ω m | a 296 K | 10 14 –10 15 | 10 12 –10 13 | |||
constante dieléctrica | adimensional | a 100 Hz | 3,62 | 13.53 | |||
a 10 kHz | 3,64 | 13.28 | |||||
a 1 MHz | 3,55 | 13.41 |
Referencias
- ^ [ enlace muerto ] "DuPont Science of Vespel" .
- ^ PT Keyser y SR Jefferts (1989). "Susceptibilidad magnética de algunos materiales utilizados para la construcción de aparatos (a 295 K)". Rev. Sci. Instrum . 60 (8): 2711–2714. doi : 10.1063 / 1.1140646 .
- ^ A. Carlsson, G. Starck, M. Ljungberg, S. Ekholm y E. Forssell-Aronsson (2006). "Mediciones precisas y sensibles de la susceptibilidad magnética utilizando imágenes eco planar". Magn. Reson. Imágenes . 24 (9): 1179-1185. doi : 10.1016 / j.mri.2006.07.005 . PMID 17071340 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ "Materiales de Tamshell" . Consultado el 22 de septiembre de 2017 .
- ^ Resumen de propiedades típicas de las resinas de poliimida SP estándar . DuPont
- ^ [ enlace muerto ] http://www2.dupont.com/Vespel/en_US/assets/downloads/vespel_s/Vespel_SP-22_DF.pdf