ES2908549T3 - Pistón para freno de disco vehicular y método de fabricación del mismo - Google Patents

Pistón para freno de disco vehicular y método de fabricación del mismo Download PDF

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Abstract

Un pistón (7) para un freno de disco de vehículo (1), siendo el pistón (7) alojado mediante una junta de pistón (8) en un orificio cilíndrico (6) formado en un cuerpo de pinza (3) del freno de disco de vehículo (1) para ser móvil en la dirección del eje de disco, el pistón (7) comprende: un cuerpo principal de pistón (71) de aleación de aluminio; y una capa de recubrimiento (20) formada en una superficie exterior del cuerpo principal de pistón (71), caracterizado porque la capa de recubrimiento (20) incluye una primera capa de revestimiento (21) de aleación de hierro-fósforo y una segunda capa de revestimiento (22) de aleación de níquel-fósforo, estando la segunda capa de revestimiento (22) formada sobre la primera capa de revestimiento (21).

Description

DESCRIPCIÓN
Pistón para freno de disco vehicular y método de fabricación del mismo
Campo técnico
La presente invención se refiere a un pistón para un freno de disco de vehículo y, más particularmente, a un pistón de aleación de aluminio alojado mediante una junta de pistón en un orificio de cilindro formado en un cuerpo de pinza y a un método de fabricación del mismo.
Antecedentes
La superficie exterior de un pistón para un freno de disco de vehículo se somete a un tratamiento superficial para mantener buenas características de deslizamiento con respecto a la junta de pistón y mejorar la sensación de operación. Convencionalmente, existe una técnica conocida para formar una capa de cromado como este tratamiento de superficie. En los últimos años, se ha propuesto una técnica para formar, en la superficie periférica exterior de un pistón, una capa de revestimiento compuesta de aleación de níquel-fósforo que incluye PTFE. Esta capa de revestimiento compuesta tiene las características del politetrafluoroetileno (PTFE) y del níquel químico y mantiene buenas características de deslizamiento entre el pistón y el níquel químico y mantiene buenas características de deslizamiento entre el pistón y la junta de pistón (véase, por ejemplo, PTL 1). El documento JP S58 146763 se refiere a miembros deslizantes, tales como un cilindro y un pistón, en donde uno de los miembros está hecho de una aleación de aluminio, y en donde se forma una película revestida de una aleación de ferro-fósforo o similar en la porción deslizante del otro de los miembros.
Lista de citas
Literatura de patente
PTL 1: JP H11 63047 A
Breve descripción de la invención
Problema técnico
Sin embargo, en la técnica descrita en el PTL 1, se forma una capa compuesta de níquel-fósforo químico que es una capa superficial en la superficie exterior del pistón mediante una capa de revestimiento de níquel-fósforo químico que es una capa base. En este caso, cuando el pistón está hecho de una aleación de aluminio para reducir el peso del cuerpo de un vehículo, si el pistón se ve afectado por el calor de frenado, la diferencia en la expansión térmica entre el pistón y la capa base puede hacer que la capa base se desprenda del pistón.
Un objeto de la invención es proporcionar un pistón de aleación de aluminio para un freno de disco de vehículo que tenga buena resistencia y pueda mejorar la sensación de operación y un método de fabricación del mismo.
Solución al problema
De acuerdo con la invención, se proporciona un pistón para un freno de disco de vehículo, siendo el pistón alojable mediante una junta de pistón en un orificio de cilindro formado en un cuerpo de pinza del freno de disco de vehículo para ser móvil en una dirección de eje de disco, incluyendo el pistón
un cuerpo principal de pistón de aleación de aluminio y
una capa de recubrimiento formada en una superficie exterior del cuerpo principal de pistón,
en la que la capa de recubrimiento incluye una primera capa de revestimiento hecha de aleación de hierro-fósforo y una segunda capa de revestimiento hecha de aleación de níquel-fósforo, estando la segunda capa de revestimiento formada sobre la primera capa de revestimiento.
La invención puede tener además los siguientes aspectos.
La segunda capa de revestimiento puede incluir además entre un 10 y un 30 por ciento de volumen de partículas de resina y las partículas de resina pueden estar hechas de politetrafluoroetileno (PTFE).
La primera capa de revestimiento puede tener un espesor de película de 1 a 15 mm y la segunda capa de revestimiento puede tener un espesor de película de 1 a 15 mm.
De acuerdo con la invención, se proporciona un método para fabricar un pistón para un freno de disco de vehículo, siendo el pistón alojable a través de una junta de pistón en un orificio de cilindro formado en un cuerpo de pinza del freno de disco de vehículo para ser móvil en una dirección de eje de disco, el método incluye los pasos de formar una primera capa de revestimiento hecha de aleación de hierro-fósforo en una superficie exterior de un cuerpo principal de pistón hecho de aleación de aluminio utilizando un revestimiento electrolítico, habiendo sido la superficie exterior sometida a un tratamiento de zincado, y formando una segunda capa de revestimiento hecha de aleación de níquel-fósforo en una superficie de la primera capa de revestimiento utilizando un revestimiento químico.
El método de fabricación de acuerdo con la invención puede tener además los siguientes aspectos.
En el proceso de formación de la primera capa de revestimiento puede utilizarse una solución de revestimiento que incluya un compuesto de hierro, un compuesto de ácido fosfínico y un ácido orgánico.
El ácido orgánico puede ser glicina y ácido L-ascórbico.
La segunda capa de revestimiento puede incluir además del 10 al 30 por ciento de volumen de partículas de resina y las partículas de resina
Efectos ventajosos de la invención
En el pistón para un freno de disco de vehículo de acuerdo con la invención, la adhesividad de la capa de recubrimiento con respecto al cuerpo principal de pistón es buena, por lo que se puede obtener una alta resistencia y la sensación de operación es excelente.
Además, en el método de fabricación de un pistón para un freno de disco de vehículo de acuerdo con la invención, es posible formar la primera capa de revestimiento que tiene una alta adhesividad con respecto al cuerpo principal de pistón y formar la segunda capa de revestimiento que tiene una alta adhesividad con respecto a la primera capa de revestimiento, por lo que la capa de recubrimiento que tiene una alta adhesividad con respecto al cuerpo principal de pistón se puede formar y la sensación de operación se puede mejorar por la segunda capa de revestimiento.
Breve descripción de los dibujos
[Fig. 1] La Fig. 1 es una vista en sección transversal que ilustra un freno de disco de vehículo de acuerdo con una realización de la invención.
[Fig. 2] La Fig. 2 es un diagrama explicativo que ilustra la parte principal ampliada del freno de disco de vehículo.
[Fig. 3A] La Fig. 3A ilustra los resultados de la medición de un ejemplo.
[Fig. 3B] La Fig. 3B ilustra los resultados de las mediciones de un ejemplo comparativo.
Descripción de las realizaciones
Una realización en la que la invención se aplica a un freno de disco para una motocicleta se describirá con referencia a los dibujos.
Como se ilustra en las Figs. 1 y 2, en un freno de disco 1, un cuerpo de pinza 3 se apoya mediante un par de pasadores de deslizamiento (no se ilustra ninguno de ellos) en una pinza de freno fijada al cuerpo del vehículo en una parte lateral de un rotor de disco 2 para que sea móvil en la dirección del eje de disco. El cuerpo de pinza 3 incluye una sección de acción 3a y una sección de reacción 3b dispuestas de forma que se enfrentan a ambos lados del rotor de disco 2 y una sección de puente 3c que las acopla a través de la periferia exterior del rotor de disco 2 y un par de almohadillas de fricción 4 y 4 se cuelgan entre la sección de acción 3a y la sección de reacción 3b mediante un pasador de sustentación 5 de forma que sean móviles en la dirección del eje de disco.
En la sección de acción 3a hay un orificio cilíndrico 6 que se abre hacia el rotor de disco 2 y en la sección de reacción 3b se forma una garra de fuerza de reacción bifurcada que intercala ambos lados del orificio cilíndrico 6. Un pistón en forma de copa 7 se introduce en el orificio cilíndrico 6 mediante una junta de pistón 8 y un guardapolvos 9, y entre el pistón 7 y el fondo del orificio cilíndrico 6 se define una cámara hidráulica 10.
La junta de pistón 8 y el guardapolvos 9 son cuerpos elásticos anulares de caucho sintético o resina sintética blanda y los diámetros de sus superficies periféricas interiores son menores que el diámetro de la periferia exterior del pistón 7. La superficie periférica exterior del pistón 7 entra en estrecho contacto con las superficies periféricas interiores de la junta de pistón 8 y del guardapolvos 9 para sellar herméticamente la parte que va de la junta del pistón 8 a la cámara hidráulica 10, y el guardapolvos 9 impide la entrada de polvo y agua de lluvia en el espacio entre el orificio cilíndrico 6 y el pistón 7.
En el freno de disco 1 descrito anteriormente, cuando se suministra el fluido hidráulico a la cámara hidráulica 10 durante el frenado, el pistón 7 avanza hacia el rotor de disco 2 en el orificio del cilindro 6 mientras se deforma elásticamente la junta de pistón 8 y empuja una almohadilla de fricción 4 cerca de la sección de acción hacia una superficie lateral del rotor de disco 2. A continuación, como reacción de esto, el cuerpo de pinza 3 se mueve hacia la sección de acción y la garra de fuerza de reacción 3d empuja la almohadilla de fricción 4 cerca de la sección de reacción hacia la otra superficie lateral del rotor del disco 2 para realizar una acción operativa. Además, cuando se libera el suministro del fluido hidráulico a la cámara hidráulica 10, el pistón 7 se retrae hacia el fondo del orificio cilíndrico 6 debido a la fuerza de restauración de la junta de pistón 8 y vuelve a una posición predeterminada hacia atrás.
Como se ilustra en la Fig. 2, el pistón 7 tiene un cuerpo principal de pistón 71 hecho de aleación de aluminio y una capa de recubrimiento 20 formada en la superficie exterior del cuerpo principal de pistón 71. La capa de recubrimiento 20 tiene una primera capa de revestimiento 21 de aleación de hierro-fósforo formada sobre una superficie 7a del cuerpo principal de pistón 71 y una segunda capa de revestimiento 22 de aleación de níquel-fósforo formada sobre la primera capa de revestimiento 21.
El espesor de la película de la primera capa de revestimiento 21 es preferiblemente de 1 a 15 mm y más preferiblemente de 5 a 15 |jm. Cuando el espesor de la película de la primera capa de revestimiento 21 se encuentra dentro de este margen, es posible obtener una alta adhesividad con respecto al cuerpo principal de pistón 71 y mantener una dureza predeterminada frente a un aumento de la temperatura del pistón 7 debido al calor de frenado.
El espesor de la película de la segunda capa de revestimiento 22 es preferiblemente de 1 a 15 jm y más preferiblemente de 5 a 7 jm . Cuando el espesor de la película de la segunda capa de revestimiento 22 se encuentra dentro de este margen, es posible soportar suficientemente un aumento de la temperatura del pistón 7 causado por el calor de frenado. Además, en la segunda capa de revestimiento 22, la cantidad de eutectoide de partículas de resina (por ejemplo, partículas de PTFE) se establece preferentemente en el margen de 10 a 30 por ciento en volumen y más preferentemente en el margen de 15 a 25 por ciento en volumen y la rugosidad de la superficie de la misma se establece preferentemente en el margen de 1 a 8S. La "rugosidad superficial" se define en la norma JIS B0601 (método de medición: rugosidad de altura máxima). Debido a la segunda capa de revestimiento 22 de aleación de níquel-fósforo que incluye dichas partículas de resina, el pistón 7 tiene una alta no adhesividad y altas características de deslizamiento con respecto a la junta de pistón 8, logrando así una excelente sensación de operación. La función de la segunda capa de revestimiento 22 se describe en detalle en el documento JP-A-11-63047 (solicitud de patente japonesa No. 9-214352).
A continuación, se describirá el método de fabricación de la capa de recubrimiento 20.
La capa de recubrimiento 20 se forma en el siguiente proceso.
(A) Tratamiento de zincado (pretratamiento)
En primer lugar, se realiza un pretratamiento, como el tratamiento de desengrase y el tratamiento de zincado, utilizando un método bien conocido. Este pretratamiento elimina la película de óxido en la superficie del cuerpo principal de pistón 71 y deposita zinc como sustituto. Por ejemplo, el pretratamiento graba la superficie de la aleación de aluminio utilizando una solución alcalina que incluye hidróxido de sodio y elimina la película de óxido. Después, se realiza el tratamiento de zincado utilizando una solución de zincado (por ejemplo, el nombre comercial "Albond" fabricado por WORLD METAL CO., LTD.) que incluye óxido de zinc. El tratamiento de zincado puede realizarse más de una vez según sea necesario.
(B) Formación de una primera capa de revestimiento
A continuación, se forma la primera capa de revestimiento 21 de aleación de hierro-fósforo utilizando el revestimiento electrolítico. Este revestimiento electrolítico puede realizarse en las siguientes condiciones. En el proceso de formación de la primera capa de revestimiento, es posible utilizar una solución de revestimiento obtenida mediante la disolución de al menos un compuesto de hierro, un compuesto de ácido fosfínico y un ácido orgánico en un disolvente como el agua. Como compuesto de hierro, pueden utilizarse el sulfato de hierro, el cloruro de hierro y otros similares. El compuesto de ácido fosfínico suministra iones de ácido fosfínico en la solución de revestimiento y puede ser hipofosfito. Como hipofosfito, se puede utilizar hipofosfito de sodio, hipofosfito de potasio y similares.
Como ácido orgánico, se puede utilizar glicina, ácido L-ascórbico y similares. Como componentes de la solución de revestimiento, se pueden utilizar la sacarina sódica, la urea y otros elementos similares.
A continuación, se muestra un ejemplo de la composición de la solución de revestimiento.
Composición de la solución de revestimiento:
Hidrato de cloruro ferros 15 a 400 g/l
Hidrato de hipofosfito de sodio 1 a 60 g/l
Glicina 2 a 20 g/l
Ácido L-ascórbico 5 a 90 g/l
Agua Otro
Por ejemplo, se pueden utilizar las siguientes condiciones como condiciones de revestimiento.
Condiciones de revestimiento:
Temperatura 10 a60°C
Tiempo 5 a 60 minutos
PH 1 a 4
Densidad de corriente 1 a 1,5 A/dm2
(C) Formación de una segunda capa de revestimiento
La segunda capa de revestimiento 22, hecha de una aleación de níquel-fósforo, se forma mediante un revestimiento químico utilizando una solución de revestimiento químico. Dicha solución de revestimiento químico incluye preferentemente partículas de resina hechas, por ejemplo, de politetrafluoroetileno (PTFE). La segunda capa de revestimiento incluye preferentemente del 10 al 30 por ciento en volumen de partículas de resina. Como tal, puede utilizarse una solución de revestimiento químico, por ejemplo, el artículo comercial "NIMUFLON T" (fabricado por Uyemura Co., Ltd.). El artículo comercial "NIMUFLON T" incluye de 85 a 87 por ciento en peso de níquel y de 8 a 10 por ciento en peso de fósforo, y 21 ±3 por ciento en volumen de PTFE.
Cuando se utiliza el "NIMUFLON T" descrito anteriormente, por ejemplo, se pueden utilizar las siguientes condiciones de revestimiento.
Temperatura 80 a 95°C
Tiempo 40 a 50 minutos
Los métodos de formación de la primera capa de revestimiento 21 y la segunda capa de revestimiento 22 no se limitan a los anteriores y puede utilizarse el revestimiento con una solución de revestimiento conocida siempre que se obtengan capas de revestimiento predeterminadas de aleación de hierro-fósforo y de aleación de níquel-fósforo.
En el método de fabricación de acuerdo con la realización, al formar la primera capa de revestimiento 21 de aleación de hierro y fósforo mediante un revestimiento electrolítico y, a continuación, formar la segunda capa de revestimiento 22 de aleación de níquel y fósforo mediante un revestimiento electrolítico después de realizar el conocido tratamiento de zincado (pretratamiento), el cuerpo principal de pistón 71, la primera capa de revestimiento 21 y la segunda capa de revestimiento 22 tienen mutuamente una alta adhesividad y la capa de recubrimiento 20 tiene una alta resistencia al desprendimiento. Como resultado, el pistón 7 de acuerdo con la realización tiene una alta resistencia debido a la buena adhesividad de la capa de recubrimiento 20 con respecto al cuerpo principal de pistón 71 y proporciona una excelente sensación de funcionamiento.
Ejemplo
Aunque a continuación se describe un ejemplo de la invención, la invención no se limita a este ejemplo.
(A) Muestra
(1) Muestra para el ejemplo
Se ha creado una muestra para el ejemplo con el siguiente método.
En primer lugar, un cuerpo principal de pistón (que tiene un diámetro exterior de 30 mm, un diámetro interior de 26 mm, y una longitud de eje de 22 mm y está hecho de aleación de aluminio que tiene el número de aleación A6061 definido por JIS H4000) de aleación de aluminio que tiene la misma forma que el cuerpo principal de pistón 71 de la Fig. 1 se desengrasó y grabó utilizando un método conocido y luego se sometió a un tratamiento de zincado utilizando la solución de zincado "Albond250" (fabricada por WORLD METAL CO., LTD.). A continuación, se realizó el revestimiento electrolítico utilizando la siguiente solución y condiciones de revestimiento para formar la primera capa de revestimiento 21 de aleación de hierro-fósforo en la superficie de la placa de aleación de aluminio. El espesor de la película de esta primera capa de revestimiento 21 era de 12 |jm.
Solución de revestimiento:
FeCl2-4H2O 298 g/l
Hidrato de hipofosfito de sodio 10 g/l
Glicina 11 g/l
Ácido L-ascórbico 35 g/l
Agua Otro
Condición de revestimiento:
Temperatura 30°C
Tiempo 45 minutos
pH 3
Densidad de corriente 1,0 A/dm2
A continuación, se realizó el revestimiento químico utilizando la solución comercial de revestimiento químico (el nombre comercial "NIMUFLON T" fabricado por Uyemura Co., Ltd.) para formar la segunda capa de revestimiento 22 de aleación de níquel-fósforo. El espesor de la película de la segunda capa de revestimiento era de 5 |jm. Además, en la segunda capa de revestimiento 22, la cantidad de partículas eutectoides de PTFE era del 21 por ciento en volumen. Además, la rugosidad superficial R definida por JIS B0601 de la segunda capa de revestimiento 22 era de 2 jm . Cabe señalar que la temperatura de la solución de revestimiento y el tiempo de revestimiento se establecieron adecuadamente entre 80 y 95°C y entre 40 y 50 minutos para cumplir con el espesor de la película antes mencionado.
(2) Muestra para el ejemplo comparativo
La muestra para el ejemplo comparativo se creó con el siguiente método.
El revestimiento químico se realizó utilizando la solución comercial de revestimiento químico (el nombre comercial "NIMUDEN KTY" fabricado por Uyemura Co., Ltd.) para formar la primera capa de revestimiento con un espesor de 12 jm de aleación de níquel-fósforo. Cabe señalar que el "NIMUDEN KTY" incluye del 89 al 91 por ciento en peso de níquel y del 9 al 11 por ciento en peso de fósforo.
A continuación, se realizó el revestimiento químico utilizando la solución comercial de revestimiento químico (el nombre comercial "NIMUFLON T" fabricado por Uyemura Co., Ltd.) para formar la segunda capa de revestimiento hecha de aleación de níquel-fósforo. Esta segunda capa de revestimiento era sustancialmente la misma que la segunda capa de revestimiento del ejemplo y el espesor de la película era de 5 jm , la cantidad de partículas de PTFE eutectoide era del 21 por ciento en volumen, y la rugosidad de la superficie R definida por JIS B0601 era de 2 jm . Cabe señalar que la temperatura de la solución de revestimiento y el tiempo de revestimiento se establecieron adecuadamente entre 80 y 95°C y entre 40 y 50 minutos para que fueran sustancialmente idénticos al espesor de la película de la capa de revestimiento del ejemplo.
(B) Prueba de choque térmico de las muestras y sus resultados
Se realizó la prueba de adhesividad de revestimiento de las muestras del ejemplo y del ejemplo comparativo.
La prueba de adhesividad se realizó de acuerdo con el método de prueba de choque térmico JIS H8504. Esta prueba comprueba la adhesividad del revestimiento mediante choques térmicos provocados cuando las muestras se calientan y se enfrían rápidamente. Específicamente, el interior del horno de calentamiento se calentó a 300°C y se introdujo una muestra en el horno. A continuación, se mantiene la muestra a 300°C durante 30 minutos, se saca la muestra del horno y se enfría en agua a temperatura ambiente. Se observó visualmente la superficie de la muestra obtenida según lo descrito anteriormente. Las imágenes obtenidas como resultado de la prueba se ilustran en las Figs. 3A y 3B. La Fig. 3A ilustra la imagen de la muestra del ejemplo y la Fig. 3B ilustra la imagen de la muestra del ejemplo comparativo.
Como se deduce de la Fig. 3A, en la muestra del ejemplo no se observó el desprendimiento de la capa de revestimiento. Por el contrario, como se deduce de la Fig. 3B, en la muestra del ejemplo comparativo se observó un desprendimiento de la capa de revestimiento en la región rodeada por el anillo.
Como se ha descrito anteriormente, la adhesividad de la capa de recubrimiento en el ejemplo de la invención es mucho mejor que en el ejemplo comparativo (ejemplo convencional).
Lista de signos de referencia
1 freno de disco
2 rotor de disco
3 cuerpo de pinza
3a: sección de acción
3b: sección de reacción
3C: sección de puente
3d: garra de fuerza de reacción
4 almohadilla de fricción
5 pasador de sustentación
6 orificio cilíndrico
7 pistón
71: cuerpo principal de pistón
7A: superficie periférica exterior
8 junta de pistón
9 guardapolvos
10: cámara hidráulica
20: capa de recubrimiento
21: primera capa de revestimiento
22: segunda capa de revestimiento

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un pistón (7) para un freno de disco de vehículo (1), siendo el pistón (7) alojado mediante una junta de pistón (8) en un orificio cilíndrico (6) formado en un cuerpo de pinza (3) del freno de disco de vehículo (1) para ser móvil en la dirección del eje de disco, el pistón (7) comprende:
un cuerpo principal de pistón (71) de aleación de aluminio; y
una capa de recubrimiento (20) formada en una superficie exterior del cuerpo principal de pistón (71), caracterizado porque
la capa de recubrimiento (20) incluye una primera capa de revestimiento (21) de aleación de hierro-fósforo y una segunda capa de revestimiento (22) de aleación de níquel-fósforo, estando la segunda capa de revestimiento (22) formada sobre la primera capa de revestimiento (21).
2. El pistón (7) para un freno de disco de vehículo (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la segunda capa de revestimiento (22) incluye además del 10 al 30 por ciento en volumen de partículas de resina y las partículas de resina están hechas de politetrafluoroetileno (PTFE).
3. El pistón (7) para un freno de disco de vehículo (1) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde la primera capa de revestimiento (21) tiene un espesor de película de 1 a 15 |jm y la segunda capa de revestimiento (22) tiene un espesor de película de 1 a 15 jm .
4. Método para fabricar un pistón (7) para un freno de disco de vehículo (1), siendo el pistón (7) alojado mediante una junta de pistón (8) en un orificio cilíndrico (6) formado en un cuerpo de pinza (3) del freno de disco de vehículo (1) para ser móvil en una dirección del eje del disco, el método comprende los pasos de:
formar una primera capa de revestimiento (21) hecha de una aleación de hierro-fósforo en una superficie exterior de un cuerpo principal de pistón (71) hecho de una aleación de aluminio utilizando un revestimiento electrolítico, habiendo sido la superficie exterior sometida a un tratamiento de zincado; y
formar una segunda capa de revestimiento (22) de aleación de níquel-fósforo sobre una superficie de la primera capa de revestimiento (21) mediante el revestimiento químico.
5. El método para fabricar un pistón (7) para un freno de disco de vehículo (1) de acuerdo con la reivindicación 4, en donde se utiliza una solución de revestimiento que incluye un compuesto de hierro, un compuesto de ácido fosfínico y un ácido orgánico en el proceso de formación de la primera capa de revestimiento (21)
6. El método para fabricar un pistón (7) para un freno de disco de vehículo (1) de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el ácido orgánico es glicina y ácido L-ascórbico.
7. El método para fabricar un pistón (7) para un freno de disco de vehículo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en donde la segunda capa de revestimiento (22) incluye además del 10 al 30 por ciento en volumen de partículas de resina y las partículas de resina están hechas de politetrafluoroetileno (PTFE).
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