Los espectrofotómetros desarrollan coincidencias de color exactas en la cinta de PTFE para el aislamiento de cables eléctricos de aviónica

Por fin, Helen parece haberse relajado. Tiene la música puesta, los ojos cerrados y respira más despacio. Incluso los surcos que te hizo en el brazo durante el despegue vuelven a su color normal. Volverá a hacerlo en el aterrizaje, por supuesto, y te estás preguntando cuánto cuestan unos guantes para manejar halcones cuando el hombre que está a tu lado arruga la nariz, entrecierra los ojos y la boca y te mira para preguntarte: "¿Hueles a humo?". Entonces se apagan las luces.

Los aviones comerciales llevan kilómetros de cables laberínticos escondidos por las zonas presurizadas y despresurizadas del avión, algunos mucho más accesibles que otros. La carga de amperaje que soportan muchos de estos cables es lo suficientemente enérgica como para fundir cualquier cosa que no sea un aislamiento de alta calidad. Dadas las drásticas repercusiones de un incendio eléctrico en vuelo, los fabricantes de aeronaves especifican revestimientos de alta calidad, fabricados con materiales resistentes al calor y duraderos, como el politetrafluoroetileno (PTFE). Sin embargo, la producción de PTFE no es un proceso sencillo, y los fabricantes deben estar seguros de que utilizan los instrumentos adecuados para garantizar el control de calidad.

Miles de cables alimentan la aviónica de este Sukhoi Superjet 100. Crédito de la imagen: Usuario de Flickr Dmitry Terekhov CC BY 2.0

Dificultades inherentes a la síntesis del politetrafluoroetileno

El PTFE es en muchos sentidos1 un material perfecto para esta aplicación, debido a su resistencia a la llama y baja generación de humo, excelentes constantes dieléctricas, bajos factores de disipación, estabilidades de alta frecuencia. Su rango de temperatura de servicio continuo de - 260 °C a 260 °C (funde a 327 °C), su resistencia a todos los productos químicos y disolventes comunes, y su resistencia a la humedad y al volumen le ayudan a soportar los rigores de los vuelos a gran altitud.

Sin embargo, los fabricantes son muy conscientes del coste y la dificultad2 de crear este material. El PTFE se sintetiza en dos etapas: las tres reacciones químicas iniciales utilizadas para crear el tetrafluoroetileno y, a continuación, la polimerización del TFE base. Estas reacciones requieren el uso de materiales extremadamente peligrosos, incluidos ácidos fuertes, y las temperaturas requeridas oscilan entre bajo cero y 700°C. Deben emplearse salvaguardas especialmente diseñadas para contener lo que puede ser un proceso de polimerización violentamente exotérmico. Los errores pueden ser destructivos y peligrosos y, dada la complejidad inherente al largo proceso de formulación, muy caros. Para producir aislamiento, el PTFE se recubre sobre el cableado antes del proceso de sinterización. Cada lote rechazado debido a un fallo en la fase de control de calidad tendrá un impacto significativo en la rentabilidad de una operación. Cuando se utiliza para el aislamiento eléctrico aeroespacial, se introduce otra complicación en el proceso: el color.

Históricamente, el PTFE se coloreaba con pigmentos de cadmio, que son muy tóxicos. Con la adopción mundial de la directiva RoHS, los fabricantes buscan sustitutos para los pigmentos inorgánicos que contienen metales pesados. Los pigmentos se mezclan con PTFE en polvo en un proceso de mezcla en seco. Hay que tener cuidado de utilizar la menor cantidad posible de pigmento para evitar la formación de arcos voltaicos. La dispersión uniforme es importante para evitar que se levanten los bordes, se plieguen, se rompa la cinta o se produzcan averías eléctricas. El control de calidad del color es esencial para los fabricantes de PTFE, ya que la codificación por colores se utiliza para indicar el voltaje o la finalidad del cableado de aviónica, y los cables mal coloreados pueden ser rechazados por sus clientes. Igualar estos colores utilizando pigmentos sin metales pesados es difícil.

En consonancia con el rigor del resto de la síntesis del PTFE, la predicción exacta del color final a partir de una fórmula predeterminada resulta frustrantemente difícil. Esto se debe a la blancura del polvo de PTFE y a la cristalinidad del 98% del material. No sólo cambia el color cuando la mezcla de polvo seco se extruye en la cinta, sino que la cristalinidad también se rompe durante la sinterización, cambiando el color de fondo y afectando al resultado final.

Los altos amperajes requeridos en el cableado de aviónica pueden fundir el aislamiento de baja calidad. Crédito de la imagen: Usuario de Flickr Sam DeLong CC BY 2.0

Soluciones espectrofotométricas de calidad del color para PTFE

El uso de espectrofotómetros, como Ultrascan PRO de HunterLab, puede ayudar a los fabricantes de aislamiento aeroespacial a reducir la incertidumbre en su proceso de control de calidad de dos maneras. En primer lugar, se pueden escanear muestras de productos acabados para determinar si se encuentran dentro de la gama de colores aceptable del cliente. Un instrumento de medición del color puede eliminar las conjeturas propias de la comparación humana de colores, ya que mide todo el espectro visual de la muestra. El UltraScan Pro, con óptica d/8° que funciona en modo de inclusión espectral, permite a los usuarios determinar el color total del aislamiento de PTFE, lo que conduce a una evaluación objetiva, tanto por parte del cliente como del fabricante, de la calidad del color del aislamiento. Los ajustes de iluminación normalizados evitan que surjan desacuerdos entre los colores vistos en diferentes entornos de iluminación. Este uso garantiza que todas las partes miden en la misma escala certificable, eliminando la posibilidad de rechazos erróneos.

En segundo lugar, la integración completa del espectrofotómetro en el proceso de producción puede crear conjuntos de datos que ayuden a los fabricantes a predecir el color basándose en sus resultados. Al conocer las coordenadas L*a*b* exactas del PTFE final, y en cada etapa precedente en la que cambia el color, los fabricantes pueden comprender cómo un conjunto determinado de variables produce un color determinado. Aunque es necesario procesar un gran número de lotes para generar un conjunto de datos en el que puedan basarse las predicciones, cada punto de datos es una medida precisa del color. A medida que se recopilen más y más datos, los fabricantes podrán comprender mejor el proceso de coloración, alcanzando un grado cada vez mayor de previsibilidad.

La naturaleza compleja, costosa y peligrosa del aislamiento PTFE para aviónica exige precisión en cada paso de la producción. Mediante la incorporación de evaluaciones espectrofotométricas en el proceso de formulación, los fabricantes pueden reducir la incertidumbre del color, disminuir los fallos en los lotes y mejorar sus resultados finales. Para obtener más información sobre cómo los espectrofotómetros pueden mejorar sus operaciones, póngase en contacto con los expertos de HunterLab hoy mismo.