- Resumen
- Propiedades de los
Plásticos - Procesamiento de los
plásticos - Moldeado por
prensa - Moldeado por prensado en
inyección - Inyección
- Soplado de cuerpos
huecos - El
calandrado - Extrusión
- Fundición
- Empaque y etiqueta: Una sola
pieza por inyección - Constitución de los
moldes para plásticos - Materiales para la
construcción de los moldes - El acabado
- Métodos de
elaboración del molde - Forma de los canales de
colada - Clasificación y
designación de los plásticos
industriales - Primera botella biodegradable
para agua - Inyección de
materiales múltiples - Sistemas de moldeo de
preformas de Pet para envases
plásticos - Despiece de molde de acero
para preforma de Pet con 32 cavidades - Bibliografía y material de
consulta
RESUMEN: en la Unidad Didáctica de Procesamiento de Plásticos
Industriales se desarrollan nociones de vital importancia
para el desarrollo
profesional del alumno del Módulo de Matricería, lo
que permitirá una rápida inserción en el
mercado
ocupacional.
Se desarrollan toda la teoría
básica acerca de los plásticos,
su origen, propiedades, su procesamiento, la construcción de moldes, designación
de los plásticos y las últimas innovaciones en
materiales
plásticos y su procesamiento.
El presente trabajo sirve
como material de consulta a los alumnos de los Institutos
Tecnológicos, alumnos de Universidad y
publico en general.
PALABRAS CLAVES: "Plásticos Industriales"
¨ inyección de plásticos ¨ ¨moldeo de
plásticos¨
¨moldes
para plásticos¨ ¨ termoplásticos¨
¨duroplásticos¨
Los plásticos se encuentran
entre los materiales industriales de mayor crecimiento en la
industria
moderna. La amplia variedad y sus propiedades los hacen los
más adaptables de todos los materiales en términos
de aplicación. La molécula básica
(polímero) del plástico
se basa en el carbono. Las
materias primas para la producción de plásticos son los
gases de
petróleo y del carbón. La resina
básica se produce por la reacción química de
monómeros para formar moléculas de cadena larga
llamada polímeros.
A éste proceso se le
denomina Polimerización, el cual se efectúa
por dos métodos:
Polimerización por adición, en
la cual dos o más monómeros similares tienen
reacción directa para formar moléculas de cadena
larga y Polimerización por
condensación, en la cual reaccionan dos o
más monómeros diferentes para formar
moléculas largas y agua como
subproducto.
El monómero de un plástico es una
molécula única de un hidrocarburo, por ejemplo, una
molécula del etileno, (C2 H4 ). Y
los polímeros son moléculas d cadenas largas,
formada por muchos monómeros unidos entre sí. El
polímero comercial más conocido es el Polietileno
–( C2 H4) n – siendo
n de 100 a 1000 aproximadamente. Muchos plásticos
importantes entre ellos el polietileno, son sólo
compuestos de carbono e hidrogeno,
otros contienen Oxigeno como
los acrílicos, Nitrógeno como las Amidas (nylon),
silicio como las siliconas, etc.
Existen polímeros naturales de gran
significación comercial como el algodón, formado por fibras de celulosas.
La celulosa se
encuentra en la madera y en
los tallos de muchas plantas, y se
emplean para hacer telas y papel. La seda es otro polímero
natural muy apreciado y es una poliamida semejante al nylon. La
lana, proteína del pelo de las ovejas, es otro ejemplo. El
hule de los árboles
de hevea y de los arbustos de Guayule, son también
polímeros naturales importantes. Sin embargo, la mayor
parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria
son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones
variadas.
Es importante entender las propiedades
características de los plásticos, entre los cuales
se encuentran el alto peso molecular, la baja densidad, alta
resistencia a la
corrosión y baja conductividad
térmica y eléctrica, todo al contrario de los
materiales metálicos, es por ello que su aplicación
en la industria moderna es cada día más creciente.
Las características antes mencionadas hacen posible su
amplia aplicación y uso de tipo industrial, tal es
así que en la actualidad existen plásticos con
elevada resistencia al calor y a la
tracción, con valores
próximos a los aceros.
Los plásticos, bajo carga, tienen un comportamiento
diferente al de cualquier otro material industrial, la
razón es que en forma especial los termoplásticos
tienen un comportamiento viscoelástico, es decir tienen
una reacción viscosa y elástica, al contrario de
los metales que tiene
una reacción ante las cargas de una falla por
deformación. Esta deformación viscoelástica
se debe, en forma principal, a la estructura
molecular de cadena larga. Cuando las cadenas largas están
bajo cargas, se mueven una a lo largo de la otra y la cantidad de
movimiento se
debe al tipo de enlace. Los plásticos con enlaces
débiles se deforman con más facilidad que los que
tienen enlaces fuertes.
PROCESAMIENTO DE
LOS PLASTICOS.
En la industria de los plásticos, participan los
manufactureros de las resinas básicas, a partir de
productos
químicos básicos provenientes del petróleo y
de sus gases y que suelen producir la materia prima
en forma de polvo, gránulos, escamas, líquidos
ó en forma estándar como láminas,
películas, barras, tubos y formas estructurales y
laminados, participan también los procesadores de
plásticos que conforman y moldean las resinas
básicas en productos terminados. En la conformación
y moldeo de las resinas se utilizan también diversos
componentes químicos o no, que le proporcionan al producto
terminado ciertas características especiales, dentro de
ellos tenemos:
- Las cargas, que sirven de relleno, dar resistencia,
dar rigidez al moldeado o bajar los costos de
producción, dentro de ellos tenemos el
aserrín, tejidos de
algodón, limaduras de hierro,
fibra de vidrio,
etc. - Colorantes, para proporcionar color al
producto terminado, son de origen mineral como los
óxidos, se proporcionan en forma de polvos y en forma de
resinas de óleo. - Aditivos como los endurecedores para las resinas
líquidas, espumantes y desmoldantes para el
moldeado.
Una de las más amplias ramas de la industria de
los plásticos comprende las compañías que
producen a partir de películas y láminas
artículos como cortinas, impermeables, artículos
inflables, tapicería, equipajes, en general
artículos de: tocador, cocina, etc. Para la
producción de todos estos artículos se hace
necesario también la participación de un
diseñador y un estampador para el acabado final. Los
métodos de moldeo y conformados más común
son el moldeado por prensa, moldeado
por inyección prensada, por inyección, moldeado por
soplado de cuerpos huecos, termoformado, calandrado, refuerzo,
recubrimientos, como pintura dura,
maquinado, unión y colado en moldes.
Es el método
más usado para producciones unitarias y pequeñas
series. Este procedimiento es
indicado para moldear resinas denominadas Duroplásticos,
que se obtiene en forma de polvo o granulado, para lo cual el
molde previamente elaborado según la pieza a conformar,
por lo general en macho y hembra, se calienta, se le aplica el
desmoldante y se deposita en ella la cantidad precisa de
resina.
Luego de cerrar el molde la resina se distribuye en su
interior, se aplica calor y presión a
valores de 140° – 170°C y 100 Bar o más. El calor
y la presión conforman el plástico en toda su
extensión. Con la finalidad de endurecer la resina a
moldear (polimerizar o curar), se procede a enfriar el molde y se
extrae la pieza. La polimerización o curado es un cambio
químico permanente, dentro de la forma del molde. Para
obtener el calor necesario se recurre a diversos procedimientos
como resistencias
eléctricas, luz infrarroja o
microondas, la
presión que se aplica se obtiene por medio de prensas
mecánicas o hidráulicas. El tiempo que se
aplica el calor y la presión al molde cerrado, está
en función
del diseño
de la pieza y de la composición de la resina. El
procedimiento se aplica para producir piezas simples y de
revolución
como tazas, platos, cajas de radio, llaves de
luz, tubos etc.
MOLDEADO POR
PRENSADO EN INYECCIÓN
(transferencia) Al igual al método anterior
también se le utiliza para el moldeo de resinas
duroplásticas y en algunos casos las
termoplásticos. La diferencia entre el moldeado por prensa
y el de transferencia es que el calor y la presión
necesaria para la polimerización (para fundir) de la
resina se realiza en una cámara de caldeo y
compresión, en ella previamente calentada se aplica el
desmoldante y una determinada cantidad de resina en forma de
polvo o en forma granulada. Cuando la resina se hace
plástica, se transfiere al molde propiamente dicho
mediante un émbolo en la cámara de caldeo. Por
medio de bebederos o canales de transferencia, después de
curado el plástico se abre el molde y se extrae la
pieza.
El moldeado por transferencia fue desarrollado para
facilitar el moldeo de productos complicados con pequeños
agujeros profundos o numerosos insertos metálicos. En el
moldeado por prensado, la masa seca varía la
posición de los insertos y pasadores metálicos que
forman los agujeros, en el moldeado por transferencia por el
contrario, la masa plástica licuada fluye alrededor de
estas partes metálicas, sin cambiarle la
posición.
Es el principal método de la industria moderna en
la producción de piezas plásticas, la
producción es en serie, principalmente se moldea
termoplásticos y para el moldeo de los duroplasticos se
tiene que realizar modificaciones. El material plástico en
forma de polvo o en forma granulada, se deposita para varias
operaciones en
una tolva, que alimenta una cilindro de caldeo, mediante la
rotación de un husillo o tornillo sin fin, se transporta
el plástico desde la salida de la tolva, hasta la tobera
de inyección, por efecto de la fricción y del calor
la resina se va fundiendo hasta llegar al estado
líquido, el husillo también tiene aparte del
movimiento de rotación un movimiento axial para darle a la
masa líquida la presión necesaria para llenar el
molde, actuando de ésta manera como un
émbolo.
Una vez que el molde se ha llenado, el tornillo sin fin
sigue presionando la masa líquida dentro del molde y
éste es refrigerado por medio de aire o por agua a
presión hasta que la pieza se solidifica. Las máquinas
para este trabajo se denominan inyectora de husillo impulsor o de
tornillo sin fin, también se le denomina extrusora en
forma genérica.
En gráfico adjunto tenemos un corte
transversal de una parte de un inyector de plástico en la
que se observa:
1.- Tolva.
2.- Motor
Hidráulico.
3.-Husillo sin fin.
4.- Sistema de
calefacción del husillo.
5.- Molde
Es un procedimiento para moldeo de termoplásticos
únicamente, para ello, mediante una extrusora en forma
horizontal o vertical se producen dos bandas o preformas
calientes en estado pastoso, de un espesor determinado y
además inflable, que se introducen al interior del molde
partido, posteriormente se cierra el molde y mediante un mandril
se introduce aire a alta presión entre las dos
láminas, ésta presión hace que las
láminas de plástico se adhieran a las paredes
interiores del molde haciendo que tomen su configuración,
seguidamente se enfría el molde para que las
películas se endurezcan, pasado esto se procede a extraer
la pieza y se elimina el material excedente( rebaba).
Para éste procedimiento es necesario que el
material tenga estabilidad de fusión
para soportar la extrusión de la preforma y el soplado de
la misma al interior del molde. El moldeado por soplado de
cuerpos huecos tiene un uso muy extenso para producir recipientes
como botellas, galoneras, pelotas, barriles de todo tamaño
y configuración, además de piezas para autos,
juguetes como
muñecas, etc.
Molde de acero para
soplado de una galonera plástica de 64
onzas
Procedimiento exclusivo para termoplásticos, la
resina se proporciona en forma de fina láminas al cual se
le calienta para poder
conformarlo.
Con aire a presión o vacío, se obliga a la
hoja a cubrir la cavidad interior del molde y adoptar su
configuración, se utiliza para la fabricación de
diversos recipientes como vasos, copas, pequeñas botellas
todos descartables, la producción es en serie,
utilizándose planchas o láminas del tamaño
adecuado para 100 a 200 piezas.
Se utiliza para revestir materiales textiles, papel,
cartón o planchas metálicas y para producir hojas o
películas de termoplástico de hasta 10
milésimas de pulgada de espesor y las láminas con
espesores superiores. En el calandrado de películas y
láminas el compuesto plástico se pasa a
través de tres o cuatro rodillos giratorios y con caldeo,
los cuales estrechan el material en forma de láminas o
películas, el espesor final de del producto se determina
por medio del espacio entre rodillos.
La superficie resultante puede ser lisa o mate, de
acuerdo a la superficie de los rodillos. Para la
aplicación de recubrimientos a un tejido u otro material
por medio del calandrado, el compuesto de recubrimiento se pasa
por entre dos rodillos horizontales superiores, mientras que el
material por recubrir se pasa por entre dos rodillos inferiores
conjuntamente con la película, adhiriéndola con el
material a recubrir. Otro procedimiento utiliza resina
líquida a la cual se le agrega colorante y endurecedor y
mediante dos rodillos de los cuales el inferior está en
contacto con una bandeja con el compuesto líquido que
impregna el material a recubrir, a los rodillos se les
proporciona calor para acelerar la polimerización del
compuesto.
Se usa principalmente para termoplásticos. La
extrusión es el mismo proceso básico que el
moldeado por inyección, la diferencia es que en la
extrusión la configuración de la pieza se genera
con el troquel de extrusión y no con el molde como en el
moldeado por inyección.
En la extrusión el material plástico, por
lo general en forma de polvo o granulado, se almacena en una
tolva y luego se alimenta una larga cámara de
calefacción, a través de la cual se mueve el
material por acción
de un tornillo sin fin, al final de la cámara el
plástico fundido es forzado a salir en forma continua y a
presión a través de un troquel de extrusión
preformado, la configuración transversal del troquel
determina las forma de la pieza.
A medida que el plástico extruido pasa por el
troquel, alimenta una correa transportadora, en la cual se
enfría, generalmente por ventiladores o por
inmersión en agua, con éste procedimiento se
producen piezas como tubos, varillas, láminas,
películas y cordones.
En el caso de recubrimiento de alambres y cables, el
termoplástico se estruje alrededor de una longitud
continua de alambre o cable, el cual al igual que el
plástico pasa también por el troquel,
después de enfriado el alambre se enrolla en
tambores.
Mediante éste procedimiento se trabajan tanto
termoplásticos como duroplásticos, en estado
líquido por lo general o en estado granulado o en polvo,
para la producción de diversas piezas, la diferencia entre
la fundición y el moldeo es que no se utiliza la
presión, el calor se utiliza sólo para resinas en
forma de polvo o granulados, la masa se calienta hasta que
esté fluido y se vierte en el molde, luego se cura a
temperaturas que varía según el plástico y
luego se retira del molde.
Mecanismo básico de un
Termoformadora
MAQUINA TERMOFORMADORA GN-PLASTICS
PARA PRODUCCION EN SERIE.
Lámina de Polietileno y piezas
elaboradas por termoformado.
Procedimiento artesanal de conformado
de láminas plásticas con modelo de
madera para la obtención de la carrocería de un
auto de juguete.
Una vez conformada la lámina se procede a
extraer el modelo de madera por partes en el orden indicado: 1,
2, 3, 4 y finalmente la pieza de madera grande la número
5. Por lo general la lámina plástica es resina
poliéster líquida reforzada con fibra de vidrio, en
la cual esta actúa como carga y con su respectivo
colorante y endurecedor.
CORTE ESQUEMATICO DE INYECTORA DE
PLASTICO
MOLDE DE ACERO PARA LA INYECCION DE UN
TINA PLASTICA
Empaque y
etiqueta: Una sola pieza por inyección
La industria del empaque saca
provecho de los avances en el proceso de inyección; a
través de la tecnología de
etiquetado dentro del molde, ha conseguido producir envases con
una apariencia visual muy superior, con mejores propiedades y ha
logrado eliminar procesos
secundarios de impresión. El proceso representa grandes
oportunidades de diferenciación para los clientes de
moldeadores de empaques y envases
Tradicionalmente, la decoración y adición
de información sobre un producto se realizan
en una fase posterior al moldeo de la pieza, con procedimientos
de impresión y etiquetado. Sin embargo, en los
últimos años se han dado grandes pasos en las
tecnologías de transformación, y se observa una
marcada tendencia a integrar el proceso de decoración al
proceso de moldeo por inyección. Es así que la
técnica de etiquetado dentro del molde, o In-Mold
Labeling (IML) está ganando cada vez más
presencia en la producción de artículos
plásticos, sobre todo en el sector de envases. La empresa Husky
(Canada) es una de
las impulsoras de este sistema innovador. Actualmente el 40% de
los nuevos empaques que se hacen en Europa emplean la
tecnología IML, y se proyecta que ésta
tendrá un crecimiento del 20% anual. Husky, proveedor de
sistemas
completos de IML, asegura que la demanda global
de este tipo de soluciones
está creciendo a tasas de dos dígitos, y que el
principal motor de crecimiento es la habilidad de los
contenedores de diferenciar productos con mejor calidad en la
decoración.
PROCEDIMIENTO DE MOLDEO DE ENVASE CON
ETIQUETADO DENTRO DEL MOLDE EN UNA INYECTORA DE 4 CAVIDADES POR
LADO (COINYECCION)
CONSTITUCION
DE LOS MOLDES PARA PLASTICOS.
Los moldes para plásticos se construyen de
diversas maneras, en función de la forma de la pieza que
se quiere obtener, por lo general son moldes partidos, si la
pieza es de revolución y simétrica, lo más
común es que sea de macho (núcleo) y hembra
(matriz), de lo
contrario tendrá múltiples partes que se ensamblan
para el cierre y llenado del molde y se abren para el desmolde de
la pieza.
Dependiendo de la cantidad de piezas a producir, los
moldes pueden ser de accionamiento manual, si se
trata de pequeñas series, para series mayores se utilizan
moldes semiautomáticos, accionados por prensas y para
grandes series de piezas los moldes automáticos en los
cuales no participan prácticamente la mano
humana.
Para el diseño del molde se debe de considerar el
color de la pieza, adornos , insertos metálicos, espesor
de las paredes, conocidad de las paredes para facilitar el
desmolde, conviene evitar bordes y salientes agudos, las curvas
irregulares son difíciles de mecanizar, las superficies
planas o grandes tienen el inconveniente de presentar alabeos por
la contracción, lo que da a lugar a superficies
irregulares y acabados rugosos, para evitar esto se deben
reforzar las paredes con salientes suaves, nervios,
redondamientos en el encuentro de las paredes.
Las paredes no deben de ser muy delgadas que puedan
romperse, para los duroplasticos como los fenólicos no
debe de sobrepasar los 0,65 mm. Los termoplásticos se
pueden moldear con espesores más finos. Se debe de tener
en cuenta la no existencia de cambios brusco de espesores para
evitar concentraciones de tensiones.
Paredes de casi igual espesor curan de manera uniforme.
Es recomendable en las paredes largas o altas, que el fondo, por
donde generalmente se inicia el llenado sea más grueso que
la parte superior, para facilitar el desmolde y evitar la
concentración de tensiones.
Los plásticos tienen la tendencia de contraerse
ajustándose alrededor del embolo o de los machos del
molde, si la pieza es de revolución se puede optar por una
conicidad de 1°, para otras formas hay que darle a la pieza
una inclinación de 0,5° por lo menos, ya que
verticalidades mayores producen adherencias de la pieza al molde.
Son los Metacrilatos de Metilo y el Poliestireno son los
materiales de mayor contracción, en ese caso se usa
inclinación mayor o igual de 1°
Si la pieza tiene la inclinación en el
núcleo del molde, la pieza queda retenida en la cavidad
(matriz ó hembra) del molde, por lo que los expulsores
estarán ubicados en ella.
Por el contrario la inclinación corresponde a la
matriz, la pieza se adhiere en el núcleo, siendo preciso
ubicar los expulsores en él.
El diseño, construcción de moldes para
plásticos y el moldeo requiere cierta experiencias y
constituye una técnica y a la vez un arte, a lo que
debemos agregar ingenio, sentido común y el conocimiento
de la teoría cuando es necesario resolver
impases.
Para producir agujeros en la pieza a moldear es
conveniente emplear pasadores desmontables, en lugar de construir
el molde con los machos fijos, por la dificultad de
construcción por mecanizado. Es común ubicar
insertos metálicos para roscas interiores,
espárragos, adornos, soportes, etc. Se deberá de
tener cuidado en el anclaje de los mismos mediante ranuras,
recalcados o agujeros, se debe de evitar masas de metal
excesivamente grandes.
En el moldeo por inyección para la
elaboración de altos volúmenes de producción
con una excelente calidad, es indispensable un molde de buenas
cualidades, con una elaboración muy precisa, y
duración aceptable. Los dos pasos más importantes
en la producción de una pieza plástica son el
diseño de la pieza y el diseño del
molde.
La tarea principal del molde de inyección es
recibir y distribuir el material plástico fundido, para
ser formado y enfriado y posteriormente expulsar la parte
moldeada.
Al diseñar el molde de inyección conviene
tener en cuenta las consideraciones siguientes a parte de las
consideraciones antes mencionadas:
- Conocer perfectamente el plano de la pieza a moldear,
establecer las líneas de partición, zona de
entrada, lugar de los botadores y detalles del molde que puedan
facilitar su construcción.
- Determinar el tipo de maquina de moldeo y el efecto
que puede tener en el diseño del molde.
- A partir de las especificaciones del
termoplástico, hay que tener en cuenta su
contracción, las características de flujo y
abrasión y los requisitos de calentamiento y
enfriamiento.
Son muchos los puntos que deben de ser tomados en cuenta
para la construcción de un molde: los materiales para su
construcción, los métodos de elaboración del
molde, diseño y características del molde y pieza a
fabricar entre otros.
Materiales
para la construcción de los moldes
En la construcción de moldes para
inyección de plásticos es necesario utilizar aceros
especiales por las condiciones de trabajo, debido a las cargas
severas a que son sometidos y porque se requiere alta
precisión en los acabados. A esto hay que añadir
que las tolerancias manejadas son muy finas.
Los aceros, utilizados en moldes para inyección
deben cumplir con las siguientes
características:
- Condiciones aceptables para su elaboración
como son mequinabilidad, poder ser troquelado en frío,
poder ser templado.
- Resistencia a la compresión
- Resistencia a la temperatura
- Resistencia a la abrasión
- Aptitud para el pulido
- Tener deformación reducida
- Buena conductividad térmica
- Buena resistencia Química
- Tratamiento térmico sencillo.
Dentro de los aceros para moldes podemos encontrar a los
aceros de cementación, de nitruración, templados,
bonificados para el empleo en
el estado de
suministro o resistentes a la corrosión, entre
otros.
Los clientes suponen que la apariencia de los productos
es la que se especifica en los planos. La textura que debe de
tener el molde en algunas ocasiones es un aspecto que
comúnmente no es tomado en cuenta. Este factor influye
sobre el comportamiento del plástico.
Otro punto importante es que los acabados para los moldes son un
costo adicional y
suponen uno de los mayores costos de la
construcción de los moldes.
Métodos de
elaboración del molde
Tan importante es el material que se utiliza para la
construcción del molde como lo son los métodos que
se emplean para la creación del mismo como son:
Mecanizado: puede ser dividido en dos fases, el
desbaste (su objetivo es
eliminar la mayor cantidad de material posible) y el mecanizado
de acabado, el cual tiene como objetivo generar las superficies
finales.
Estampado o troquelado: se emplea principalmente
cuando hay que obtener cavidades del molde con una superficie
difícil para ser elaborada por mecanizado. El
punzón, estampa o troquel es elaborado exteriormente
según el perfil deseado. Los elementos así
obtenidos se someten a un recocido para la liberación de
tensiones antes de la elaboración mecánica final, para que en el tratamiento
térmico definitivo no se produzcan
deformaciones.
Electroerosión: en este proceso se
aprovecha el desgaste producido por descargas eléctricas
breves y consecutivas. Es necesaria la creación de un
electrodo, de grafito o cobre, el cual
va formando las cavidades del molde.
Los electrodos de grafito tienen la ventaja de tener un
menor desgaste pero la desventaja de menor precisión. Los
electrodos de cobre, por su parte, dan mayor precisión
pero con un mayor desgaste.
Colada: en este proceso el costo de la
mecanización es alto y el tiempo empleado en la
fabricación del molde puede ser considerable. Hay que
tener en cuenta, además que la exactitud de dimensiones y
la calidad superficial son inferiores respecto a los moldes
fabricados por mecanización.
FORMA DE LOS CANALES
DE COLADA.
En la foto se observa un molde de acero de cuatro
cavidades, canal principal y canal secundario.
El canal por el cual llega el material al molde
propiamente dicho se llama canal de colada, es cónico y su
diámetro aumenta en dirección al molde, es necesario tener en
cuenta la relación a:A = 1: 20-35 y que es la
relación entre la sección de admisión y la
cara de la pieza que se está moldeando, expresado en
mm2.
Canal de colada en forma de Punto.
Puede tener un diámetro de 0,8 a 1mm, por lo
general es el centro de la pieza, se utiliza para piezas de
revolución.
MOLDE DE ACERO DE DOS CAVIDADES PARA
INYECCION DE DOS FUENTES
PLASTICAS PEQUEÑAS
Canal de Colada en forma de
Paraguas. Se utiliza para la construcción
de piezas redondas como bridas, anillos, aros, etc.
Canal en forma de Banda.
Con un espesor de hasta 2 mm., su forma garantiza una buena
distribución del material dentro del molde,
se utiliza para la elaboración de planchas, espumas,
etc.
Canal de colada en forma de Disco y
de Corona. Para el moldeo de piezas en forma de
tubos.
CLASIFICACIÓN Y DESIGNACIÓN DE LOS
PLÁSTICOS INDUSTRIALES.
En la industria moderna existe una gran variedad de
plásticos para diversos tipos de usos, las aplicaciones
van desde la elaboración de envases de medicina,
recipientes para alimentos,
envolturas, bolsas, recubrimiento de conductores
eléctricos, piezas mecánicas de artefactos
electrodomésticos como engranajes, bocinas, etc. Dentro de
la gran variedad existente de resinas todas ellas se les puede
clasificar en dos grandes grupos: Las
resinas TERMOPLASTICAS
ó termo deformables y las DUROPLASTICAS o termoestables, la
designación de estables o deformables está en
relación al comportamiento de la pieza ya elaborada en
presencia del calor.
TERMOPLÁSTICOS
son las resinas que se ablandan en presencia del calor y se
endurecen cuando se enfrían, no importa cuantas veces se
repita el proceso, dentro de ellas tenemos: Vinílicos y
Polivinílicos, Poliestirénos, Poliamidas ( nylon),
Policarbonatos, Polietilenos, ABS (Acrilonitrilo Butadieno
Estireno), Acetálicas, Acrílicos, las Celulosas (
acetato butirato de celulosa, propianato de celulosa, nitrato de
celulosa y la celulosa etílica), Polipropileno,
polimetacrilato, Politetra- fluoretileno, etc.
DUROPLASTICOS, son
las resinas que se solidifican en forma definitiva cuando se les
aplica calor y presión durante el moldeado, el
recalentamiento no ablanda estos materiales y si el calor
continua la pieza llega a carbonizarse directamente. Dentro de
éste grupo tenemos:
Las resinas Fenólicas, Úricas, Melamínicas,
Epoxi, Poliéster, Poliuretanos, Alquídicos,
Caseína, Amina, etc.
RESINAS FENOLICAS (RF).- Se obtienen combinando
el fenol con el formaldehído, tienen un olor
característico a ácido fénico,
particularmente si se les calienta, se les utiliza mezcladas con
cargas de relleno, para mejorar sus características
físicas, su peso específico oscila entre 1,3 a 1,9
kg/dm3, son excelentes aisladores, por lo general se
usa en colores oscuros,
marrones, negros, su combustibilidad es mala pues arde con gran
dificultad, su permeabilidad a la luz está entre
transparente a opaco, el producto más conocida es la
Bakelita. Con esta resina se moldean mango de interruptores,
clavijas, carcasas de radios televisión, agitadores de lavadoras,
poleas,
prendería, etc.
RESINAS URICA .- Tiene como materia
básica la urea sintética y el folmadehido, no
tienen olor característicos, su peso específico es
de 1,5 kg/dm3 , por lo general se usa en colores
claros y blancos, arde con dificultad, es opalescente a la luz,
soporta de 130 a 138°C de temp. Con está resina se
moldean artículos de cocina, materiales eléctricos,
etc.
RESINAS DE MELAMINA.- Tienen como elemento
básico la Melamina que se obtiene del carburo de calcio y
nitrógeno, tienen buena resistencia eléctrica, son
duros, peso específico de 1,5 kg/dm3 se usa en
colores claros, arde con dificultad, es opalescente, , disponible
en polvo o en forma granular, se utiliza para artículos de
cocina, vasija como platos, tazas, prendería,
etc.
RESINA DE POLIESTER (UP).- Se derivan del
alquitrán de hulla y del estirol, son incoloros aunque se
pueden colorear a voluntad, se utiliza con cargas de fibra de
vidrio, que le da una considerable resistencia, se le consigue en
forma de líquidos y como compuestos premezclados, arden
con dificultad auto extinguiéndose, se utiliza para cascos
de embarcaciones, carrocería de automóviles, placas
transparentes para cubiertas, se utiliza también para
impregnar tejidos de tela, papel y como pinturas
duras.
POLIURETANOS (PUR).- Son materiales
sintéticos que proporcionan productos de gran elasticidad:
gomas, espumas, correas, se emplea como pegamento y como barniz
de gran dureza, se puede manufacturar en forma de espuma en el
lugar de uso, se obtiene en forma sólida a partir de dos
reactantes, el artículo final de puede extruir, calandrar,
fundir y forma líquida para obtener espumas, con
éstas resinas de producen colchones, cojines,
almohadillas, juguetes, refuerzos, para esmaltes de gran calidad,
etc. Los poliuretanos han sido un material tradicional en la
fabricación de espuma flexible y espuma rígida. Sin
embargo, nuevos retos relacionados con legislaciones, medio ambiente
y nuevas aplicaciones están a la orden del día para
este versátil polímero. Esto es particularmente
cierto cuando hablamos de espumas rígidas y otras formas
de poliuretano, como microespumas, elastómeros y
poliuretano termoplástico.
CLORURO DE POLIVINILO (PVC).-Tienen como elemento
básico el acetileno y el ácido clorhídrico,
no tienen olor característicos es insípido, se
pueden colorear a voluntad, arden con dificultad, soportan
temperaturas de 60 a 91°C, se utilizan como materiales duros,
tuberías diversas, piezas resistencias a la
corrosión, en estado blando encuentra una serie de
aplicaciones como mangueras, cueros artificiales, impermeables,
etc.
POLIESTIRENO (PS).- Se obtienen del estirol,
derivado del petróleo y del benzol, su peso
específico es bajo, se colorea a voluntad, arde
lentamente, en el mercado se obtienen en forma de polvo y en
forma granular para moldeado, en forma de micas , varillas para
manufacturase por arranque de viruta, se emplea para fabricar
planchas, películas, espumas, objetos de oficina,
bolígrafos,
plantillas, escuadras, etc.
POLIAMIDAS (PA).- Son derivados del
carbón, no tienen olor ni sabor, poseen
características mecánicas notables, en las que
destacan su resistencia al desgaste, al calor y la
corrosión, tiene colores lechosos, soporta de 100 a
200°C, de larga duración, es auto extinguible, con una
permeabilidad a la luz de translúcido a opaco, con el
envejecimiento decolora ligeramente, los productos más
conocidos comercialmente son el Nylon y el perlón. Se
obtiene en forma de polvo, láminas, películas,
filamentos, varillas, se moldea por inyección, soplado,
extrusión. Con el se obtienen vasos para beber, grifos de
agua, engranajes, palancas , cojinetes, ruedas, correas, como
filamento se emplean para cerdas de cepillos, cordeles para
pesca,
etc.
POLICARBONATOS.- Son derivados del Fenol, se
mecanizan bien, alta resistencia a la humedad, su permeabilidad a
la luz es buena (transparente), se colorea a voluntad, son auto
extinguible en presencia del fuego, con el envejecimiento cambia
ligeramente de color y se hace frágil, es un material de
moldeo por excelencia, puede tomar la forma de películas,
perfiles extruidos, recubrimiento, fibras o elastómeros.
Con ésta resina se construyen partes de aviones,
automóviles, máquinas industriales, reglas, vidrios
de seguridad,
carcasas, cuerpos de bombas,
ventiladores, tapas de instrumentos eléctricos.
POLIETILENO (PE).- Es un derivado directo del
petróleo, su aspecto al tacto es ceroso, buena resistencia
a los ácidos,
buen aislante eléctrico, tienen bajo peso especifico 0,95
kg/dm3, se puede colorear a voluntad, su
combustibilidad es muy lenta, permeabilidad a la luz es de
transparente a opaca, con el envejecimiento se vuelve quebradizo,
tienen sonido
metálico al estirarse en forma continua, se obtiene en el
mercado en forma granular o de polvo, para su moldeo de todas las
formas existentes, se emplean para producir recipientes para
cubos de hielo, vasos para beber, vajillas, botellas, bolsas,
globos juguetes, barreras contra la humedad.
POLIMETACRILATOS.- Se obtienen partiendo del
acetileno, se caracterizan por su extraordinaria transparencia,
su peso específico es de 1,18 kg/dm3, se
colorea a voluntad, arde rápidamente, con el
envejecimiento se amarillenta ligeramente, soporta hasta
80°C, su producto más conocida es el plexiglás,
se emplea para placas transparentes de carrocería,
cristales de faros, tapas de relojes,
POLITETRA-FLUORETILENO.- Es un derivado
sintético del acetileno, su principal particularidad es su
resistencia a la temperatura y a los ácidos, aspecto en
que sólo es comparable al vidrio, su peso
específico es elevado 2,15kg/ dm3 , buena
resistencia, por lo general se utiliza colores oscuros, poca
permeabilidad a la luz, no sufre variaciones con el
envejecimiento, sus productos comerciales más conocidos es
el teflón considerado como el sólido con más
alto índice de resbalosidad comparado con el hielo. Se
emplea en casquillos sin lubricación, cajas y juntas para
bombas, válvulas y
griferias, aislamiento de cables eléctricos.
ABS.- Son una familia de
resinas termoplásticos opacas, obtenidas por termo
polimerización de los monómeros de acrilonitrilo
butadieno y estireno (abs), se destacan por su elevada
resistencia al impacto, buena estabilidad dimensional, buena
resistencia química y térmica, dureza superficial y
poco peso, se moldean rápidamente por los diferentes
métodos de fabricación de termoplásticos,
disponible en forma de polvo o granulado, se empelan para la
fabricación de tuberías, para el transporte de
gas, agua,
agua de regadío y aplicaciones de la industria
química, las láminas se fabrican por calandrado o
extrusión, se emplean para puertas y revestimiento de
refrigeradoras, embalajes, parachoques. Cajas para radios,
baterías, Etc.
RESINAS ACETALICAS.- Son resinas
termoplásticos que por su alta cristalinidad y el punto de
fusión de la resina justifican sus propiedades que cubren
el hueco entre metales y el plástico, tienen una
superficie lisa, duras, brillante algo resbaladiza al tacto,
buena abrasión, sin necesidad de lubricación su
coeficiente de fricción es bastante bajo, su coeficiente
de fricción estático y dinámico con el acero
es casi el mismo. Se emplea por su resistencia al desgaste en
rotores de bombas en reemplazo al latón, en bandas
transportadoras en sustitución del acero inoxidable,
ruedas dentadas motrices en reemplazo del hierro colado, diversos
instrumentos del automóviles en reemplazo del cinc
inyectado.
ACRILICOS ( PMMA).- Son polímeros de
metacrilatos de metilo, se caracterizan por su transparencia
cristalina, favorable índice de refracción, por lo
que se emplea para la fabricación de lentes
ópticos, buena resistencia al impacto, excelente
resistencia a la luz solar a la imterperie y a la mayoría
de productos químicos, como aislante térmico es
mejor que el vidrio, se pueden aserrar, taladrar, mecanizar.
Plegar, embutir o conformar a cualquier forma cuando se le
calienta hasta 140°C , las cabinas de aviones se hacen por
soplado o al vacío, con o sin molde, en el mercado las
láminas de acrílico se utilizan para anuncios,
rótulos iluminados interiormente y que se exponen a la
intemperie, ventanas industriales, pantallas de seguridad,
mirillas de inspección, por la belleza de los productos
moldeados con acrílicos su uso es en forma
masiva.
RESINAS CELULOSICAS.- Es un polímero
natural, que se encuentra en todas las formas vegetales,
suministraron el primer termoplástico en 1868 y el primer
material para el moldeo por inyección en 1932. Dependiendo
del reactivo empleado para su obtención podrá
resultar cualquiera de los cuatro estere de celulosa (cetato,
propianato, acetato-butirato o nitrato) o un éster de
celulosa (etil celulosa). Se emplean en todos los colores
incluyendo los transparentes, están entre los
plásticos más tenaces, conservan un buen acabado
lustroso bajo desgaste normal.
- Acetato de Celulosa. Es la celulosa que
más se usa corrientemente, disponible en forma de
granulado, láminas, películas, varillas, tubos.
Los productos finales se pueden obtener por extrusión,
inyección, compresión, se emplea en monturas de
gafas, películas fotográficas, películas
celulósicas de amplia aplicaciones eléctricas
como aislamiento de condensadores, cables de comunicación, cajas de
fusible. - Propionato de Celulosa.- El mayor campo de
aplicación del propionato de celulosa es para piezas
industriales. Volantes de automóviles, pomos de puertas,
teléfonos, juguetes enseres domésticos, cepillos
dentales, plumas lápices, etc. - Acetato Butirato de Celulosa.- Su
obtención en el mercado y su elaboración es muy
similar al acetato y al propionato - Nitrato de Celulosa, se obtiene por
reacción del ácido nítrico y del
sulfúrico sobre la celulosa, su obtención en el
mercado y su empleo es muy similar a los tres
anteriores. - Etil Celulosa.-Las aplicaciones típicas
incluyen cascos para rugby, cajas de herramientas, linternas y partes
eléctricas, su obtención en el mercado y su
elaboración es similar a los anteriores.
VINILOS.- Se obtiene en forma similar al PVC,
siendo éste último un derivado de un determinado
vinil, son fuertes y resistentes a la abrasión,
resistentes al calor y al frío, se usa en una amplia gama
de colores, en el mercado los encontramos en forma de polvo,
granular, varillas, tubos, barras, láminas, se emplea para
impermeables, bolsas para vestidos, juguetes inflables,
mangueras, en la industria discográfica, baldosa para
pisos, cortinas de baño, tapicería.
POLIPROPILENO (PP),-Es el termoplástico de
menor densidad que se encuentra en el comercio,
utilizando troqueles de gran longitud se pueden recubrir hilos y
cables eléctricos, tienen alta resistencia al calor, alta
resistencia al resquebrajamiento, se utiliza en colores opacos a
lechosos, se obtiene en el mercado en la forma que hace posible
su transformación mediante inyección, soplado y
extrusión, se emplea para fabricar recipientes
térmicos comerciales y medicinales, accesorios de
tuberías, aislamiento de cables y alambres, láminas
de embalaje.
Primera botella biodegradable para
agua
Una resina proveniente del maíz
permitió el desarrollo de la primera botella de
plástico biodegradable para envasar agua procesada. La
compañía proveedora de sistemas de inyección
Husky, que participó en el proyecto, asegura
que este nuevo material podría llegar a ser un fuerte
competidor en el mercado de los empaques por su bajo impacto ambiental
y similitud de costos con el PET.
La resina se llama NatureWorks PLA y fue suministrada
por Cargill Dow LLC. De acuerdo con la empresa, es un
material que se degrada rápidamente en los rellenos
sanitarios municipales e industriales.
El procesamiento de la resina PLA no tiene precedentes
en el moldeo por inyección y es completamente diferente en
comparación con el del PET, según el vicepresidente
de sistemas de PET de Husky, Mike Urquhart. El proyecto
tomó siete meses desde su concepción hasta su
estado actual e incluyó diseño y prototipaje de la
preforma, prueba de aditivos, corridas de producción,
optimización de herramental y ajuste de
parámetros.
La compañía procesadora de
agua BIŌTA Brands sería la primera en
utilizar este desarrollo. Husky le facilitó el equipo de
producción de preforma y un sistema HyPET de 24 cavidades
que actualmente produce preformas para botellas de agua de 12
oz., ½ litro y 1 litro. De acuerdo con Husky, este sistema
ofrece ciclos más rápidos, menos abrasión
del molde, mejor repetibilidad, menor generación de
acetaldehído y una mayor eficiencia
energética.
INYECCION DE MATERIALES
MULTIPLES.
En la industria del plástico el avance de las
investigaciones son tendientes a lograr la
máxima productividad,
para ello las Investigaciones son conducidas a la
obtención de nuevas máquinas, nuevos materiales,
incremento de propiedades de los materiales existentes y el
desarrollo de nuevos procesos de fabricación. Un de los
últimos procedimientos es el moldeo por inyección
de materiales múltiples, para ello en general existen los
procesos que emplean boquillas múltiples de
inyección o estaciones diferentes de moldeo y los procesos
que emplean una sola boquilla de inyección con una sola
estación de moldeo. A la primera clase
corresponden los procesos de moldeo con transferencia de molde o
con sobre inyección. Al segundo tipo de proceso pertenecen
la co-inyección y la inyección tipo
"sándwich".
El moldeo por transferencia de dos
materias primas diferentes
En este proceso, dos materias primas diferentes se
inyectan consecutivamente en cavidades diferentes de moldes, a
través de boquillas separadas (unidad de inyección
1 y 2), para producir una parte moldeada individual. En primer
término, en una cavidad apropiada se inyecta la primera
materia prima, luego ésta es transferida a otra cavidad,
donde se inyecta la segunda materia prima. Gracias a la
rotación del molde. Cumplido este último paso, se
evacua el producto terminado del molde.
La coinyección ofrece pues la posibilidad de
aportar combinaciones de propiedades en un mismo producto, desde
el punto de vista funcional, estético, ergonómico,
y para reducir las operaciones de ensamble y acabado en los
productos finales.
Esquema de un sistema de
co-inyección con un sistema de rotación del molde,
en una estación de inyecta un determinado material y en la
segunda el otro. Se puede dar el caso de inyección de un
mismo material en las dos estaciones, pero de distintos
colores.
Dibujo esquemático de un
sistema de eyección para moldes con llenado en dos
mitades. El molde en este caso rota dentro de la
máquina.
Ejemplo de piezas elaboradas por
co-inyección, en las que se muestran dos materiales
distintos y de distinto color. Con este mismo procedimiento se
elaboran las plantas de zapatos, zapatillas, etc.
Moldeo en estaciones múltiples
rotatorias.
Cuando se trata de producir grandes volumen de piezas
de gran tamaño, de paredes gruesas, los fabricantes de
máquinas de inyección recomiendan el uso de
Máquinas de estaciones múltiples, pues permiten un
considerable ahorro, de
materiales, de energía y de costos
Por ejemplo, para fabricar las mesas se construyó
la máquina mostrada en la figura superior, se
muestra una
máquina para la fabricación de mesas para
jardín, comedor, en donde la unidad de inyección
puede entregar 55 libras
de material por mesa. El tiempo de fabricación de
cada mesa es de 120
segundos. Las dimensiones pueden llegar a ser de 70
x 39 pulgadas. Si se compara con la inyección tradicional,
tales dimensiones causan roturas a lo largo de las costillas como
consecuencia del comportamiento de la resina de
polipropileno.
Una máquina de coinyección rotacional como
la mostrada aquí, opera con 650 toneladas de cierre en la
prensa, con aproximadamente el mismo costo de una máquina
de estación simple, produce 30 mesas por hora.
SISTEMAS DE MOLDEO DE PREFORMAS DE PET PARA
ENVASES PLASTICOS.
En la Industria de fabricación y
producción de bebidas gaseosas, yogur, agua mineral,
medicina, etc., es de uso extensivo de envasa de polietileno en
algunos casos, polipropileno en otros y en forma general el, PET
para las gaseosa y aguas minerales. Los
envases pet se obtienen por lo general en preformas que luego son
sopladas para obtener el envase respectivo, la preforma se
producen de diferentes medidas, color, incluso con
protección "UV" contra los rayos solares.
El procedimiento de fabricación de las preformas
es por inyección, en moldes de 4, 8,16, 32, 64 cavidades
el procedimiento se llama Inyección con canal de colada
caliente. El molde esta formado por placas de acero en las que se
insertan los postizos para la preforma, el canal de colada, los
expulsores, etc., tal como se muestran en las fotos
siguientes.
Molde de Acero para cuatro cavidades (
4 preformas)
DESPIECE DE
MOLDE DE ACERO PARA PREFORMA DE PET CON 32
CAVIDADES
CANAL DE COLADA CALIENTE PARA 6
CAVIDADES
Cortesía: www.husky.ca
Bibliografía y
material de consulta.
1. Ciencia de
Materiales para Ingenieros: James F. Shackelford. Prince
Hall
2. Maquinas Herramientas y Manejo de
Materiales: Herman W. Pollack. Prince Hall.
3. Tecnología de los Metales. GTZ.
4. Ciencia e Ingeniería de los materiales. Donald R.
Askeland Internacional Thomson Editores.
5. Construccion de Herramientas. R. Lehnert
6. Paulson Training Programs, Inc.
7. www.moldsplasticmachinery.com
10. www.plastico.com
11.www.husky.ca
Ing° Luis Alberto Montalvo
Soberón
Docente del Módulo de Matricería y del
Modulo de Diseño Mecánico del Departamento de
Mecánica del Instituto Superior
Tecnológico "REPUBLICA FEDERAL DE ALEMANIA"
Chiclayo – Perú. Elvira García y García 750
Chiclayo Perú. www.istrfa.edu.pe
CATEGORIA: Tecnología; Procesos de
Tecnología.
SUPERIOR TECNOLOGICO
"REPUBLICA FEDERAL DE ALEMANIA"
Chiclayo – Perú