El PTFE es un fluoropolímero que no se funde en el sentido tradicional. A diferencia de los termoplásticos convencionales, que se funden y se fuerzan a través de una matriz, el PTFE no se puede procesar por fusión debido a su punto de fusión extremadamente alto (~327 °C) y su tendencia a degradarse antes de fluir. Como resultado, la extrusión de PTFE utiliza una técnica llamada extrusión en pasta para tubos y otras formas largas y continuas.
La extrusión en pasta es un proceso de extrusión en frío que se basa en un polvo de PTFE lubricado para dar la forma deseada. Después de la extrusión, el producto se somete a un proceso de sinterización, que consiste básicamente en un horneado a alta temperatura, que une las partículas y proporciona integridad mecánica.
Pasos clave en el proceso de extrusión de tubos de PTFE
1. Selección y mezcla de la materia prima
El proceso de extrusión comienza con resina de PTFE en polvo fino de alta pureza. Este polvo suele proceder de fabricantes químicos de renombre y cumple con estrictas especificaciones en cuanto al tamaño y la distribución de las partículas. Antes de la extrusión, el polvo de PTFE se mezcla con un lubricante, a menudo un disolvente orgánico como Isopar® o nafta. Esta mezcla forma una pasta blanda, similar a la masa.
Los factores clave durante esta etapa incluyen:
- Uniformidad del polvo: garantiza un flujo constante durante la extrusión.
- Proporción de lubricante: influye en la presión de extrusión y el acabado de la superficie.
- Tiempo y condiciones de mezcla: una mezcla excesiva o insuficiente afecta a la calidad de la pasta.
A continuación, la pasta se deja envejecer durante varias horas (normalmente entre 8 y 24) para permitir una distribución uniforme del lubricante y favorecer una mejor consistencia de la extrusión.
2. Preformado
Tras el proceso de envejecimiento, la pasta de PTFE se preforma en un lingote cilíndrico mediante una prensa hidráulica. Este paso compacta el polvo lubricado en una forma densa adecuada para la extrusión. El preformado reduce los huecos, alinea las partículas y aumenta la resistencia estructural antes de la etapa de extrusión.
Parámetros importantes:
- Presión de preformado: suele oscilar entre 200 y 500 bar.
- Dimensiones de la palanquilla: deben coincidir con los requisitos de la matriz de extrusión.
3. Extrusión de la pasta
La palanquilla preformada se coloca en una prensa de extrusión equipada con una matriz diseñada para la producción de tubos. La matriz consta de un manguito exterior y un mandril que determina los diámetros interior y exterior del tubo de PTFE extruido.
Durante la extrusión:
- La palanquilla se empuja a través de la matriz mediante fuerza mecánica o hidráulica.
- El lubricante reduce la fricción y permite que la pasta fluya a través de la matriz.
- El tubo extruido sale como un tubo verde (sin sinterizar), todavía blando y flexible.
La velocidad de extrusión, la presión y la temperatura de la matriz (que normalmente se mantiene a temperatura ambiente para evitar la sinterización prematura) se controlan cuidadosamente para mantener la precisión dimensional y evitar defectos como grietas o desgarros.
4. Secado
Después de la extrusión, el tubo verde contiene una cantidad significativa de lubricante, que debe eliminarse antes de la sinterización. El tubo se pasa por un horno de secado a temperaturas moderadas (~100-200 °C) para evaporar el lubricante de forma lenta y uniforme.
Consideraciones clave:
- Velocidad de secado: si es demasiado rápida, puede provocar ampollas o colapsos; si es demasiado lenta, se alarga el tiempo del ciclo.
Ventilación y recuperación de disolventes: los vapores de los disolventes deben capturarse y gestionarse de forma segura para cumplir con la normativa medioambiental.
5. Sinterización
Una vez secos, los tubos de PTFE se sinterizan en un horno de alta temperatura a temperaturas superiores a 360 °C. Este paso es crucial, ya que transforma la estructura blanda y en polvo en un producto sólido, resistente a los productos químicos y mecánicamente estable.
El proceso de sinterización implica:
- Aumento controlado de la temperatura: evita el choque térmico y la deformación.
- Macerado a temperatura máxima: garantiza la unión completa de las partículas.
- Enfriamiento lento: evita tensiones internas y grietas.
Las condiciones de sinterización varían en función del tamaño del tubo y del grosor de la pared. Los tubos más gruesos pueden requerir ciclos de calentamiento y enfriamiento más lentos para garantizar propiedades uniformes en toda la sección transversal.
6. Procesamiento final y control de calidad
Después de la sinterización, los tubos se inspeccionan y se cortan a la longitud deseada. También se pueden aplicar procesos secundarios, como el abocardado, el ahusado o el grabado (para el tratamiento de la superficie).
Los controles de calidad típicos incluyen:
- Análisis dimensional: diámetro exterior (OD), diámetro interior (ID) y espesor de la pared.
- Inspección visual: busca grietas, huecos o imperfecciones en la superficie.
- Pruebas físicas: resistencia a la tracción, elongación y presión de rotura.
- Limpieza química: garantiza que no queden residuos de disolventes ni contaminantes.
Dependiendo del sector, puede ser necesario cumplir normas como ASTM D3295 o ISO 13000.