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MATERIA: PROCESOS DE MANUFACTURA UNIDAD VI: PROCESOS DE MANUFACTURA EN POLIMEROS Y EN MATERIALES COMPUESTOS CATEDRATICO: ING. ALBA NINETH LOPEZ ARENAS ALUMNO: AGAPITO MENDOZA OBED No. CONTROL: 09500266 ESPECIALIDAD: INGENIERIA ELECTROMECANICA 

CERRO AZUL, VER. 28 DE NOBIEMBRE DEL 2011 

6.1.- GENERALIDADES 

Un polímero (del griego poly, muchos, y meres, partes o segmentos) es un producto constituido por grandes moléculas formadas por una secuencia de unidades moleculares menores llamadas monómeros. Esas sustancias macromoleculares tienen propiedades completamente diferentes a los monómeros que las componen. 

Muchas de las sustancias orgánicas presentes en la materia viva, como las proteínas, la madera, la quitina, el caucho y las resinas, son polímeros. También lo son gran cantidad de materiales sintéticos como los plásticos, las fibras (nailon, rayón), los adhesivos, el vidrio y la porcelana. 

Los polímeros se pueden clasificar atendiendo a los siguientes criterios: 

a) por el tipo de monómeros que los forman se distinguen los homopolímeros (monómeros iguales) y los copolímeros (más de un monómero distinto). 

b) por el número de moléculas de monómero que constituyen la molécula son: oligómeros y polímeros propiamente dichos. Los oligómeros, caracterizados por moléculas que contienen un número pequeño de monómeros, se nombran anteponiendo al nombre del compuesto el prefijo numeral griego correspondiente (dímeros, trímeros, tetrámeros, etc.). 

c) por su elasticidad a distintas temperaturas se distinguen los elastómeros, termoplásticos y termofijos. Los primeros son muy elásticos a temperatura ambiente, mientras que los termoplásticos lo son a temperaturas moderadas y los termofijos son rígidos. 

d) por la estructura de su cadena los polímeros son lineales o de cadena ramificada. Los

primeros presentan una cadena lineal y forman, en general, polímeros elastómeros o termoplásticos. Los polímeros de cadena ramificada se caracterizan por poseer enlaces no sólo en la dirección de la estructura lineal, sino que tienen cadenas laterales que a su vez están enlazadas a otras cadenas. Estos enlaces en varias direcciones proporcionan mayor compacidad al polímero que, en general, es termofijo. 

[pic] 

e) por su procedencia los polímeros se pueden dividir en naturales y sintéticos. 

6.2.- MOLDEO DE POLÍMEROS El colado de polímeros es el vertido de un material polimérico en un molde para que se endurezca. Una característica general es que ninguna de estas técnicas requiere presión. Los métodos más usuales son el colado simple, el colado de películas, el colado de plástico fundido y el colado por rotación. ❖ Colado simple En la colada simple, se vierten resinas líquidas o plásticos fundidos en moldes y se dejan polimerizar o enfriar. Hoy en día, las resinas de colada más importantes son poliéster, epoxi, acrílica, poliestireno, siliconas, epóxidos, etil celulosa, acetato butirato de celulosa y poliuretanos. Probablemente, la más conocida sea la resina de poliéster ya que se utiliza profusamente en artesanía y bricolaje. Los moldes pueden estar hechos de madera, metal, yeso determinados plásticos, terminados elastómeros o vidrio. Productos Entre los ejemplos de productos obtenidos por colada simple se incluyen: bisutería, bolas de billar, láminas coladas para ventanas, piezas de muebles, cristales de relojes, gafas de sol, mangos para herramientas, servicios de mesa, pomos, encimeras, lavabos y botones de fantasía. Tipos especiales de colada simple: Además de la colada simple, con comunes otras tres formas especiales de colada: inclusión, relleno y encapsulado. También las espumas pueden someterse a colada. 

❖ Inclusión. Consiste en recubrir un objeto completamente con plástico transparente. Finalizada la polimerización, se saca la colada del molde y, generalmente, se pule. Este tipo de tratamiento sirve para conservar, exponer o estudiar un objeto. En biología, es frecuente la inclusión de especímenes de animales y plantas para preservarlos y poderlos manipular sin que se deterioren las frágiles muestras. 

❖ Rellenado. Se aplica para proteger componentes eléctricos y electrónicos de un entorno agresivo. En el proceso de rellenado se cubre completamente el componente deseado con plástico y el molde se convierte en parte del producto. Frecuentemente se aplica vacío, presión o fuerza centrífuga para asegurar que se rellenen todas las oquedades con la resina. ❖ Encapsulado. Es similar al rellenado y consiste en un recubrimiento, sin disolventes, de componentes eléctricos. Esta envoltura de plástico no rellena todas las oquedades. El

proceso implica la inmersión del objeto en la resina colada. Muchos componentes se encapsulan después dl rellenado. Colado de películas: Esta técnica consiste en disolver un granulado o polvo plástico, junto con plastificantes, colorantes y otros aditivos, en un disolvente adecuado. A continuación se vierte la solución de plástico con disolvente en una cinta de acero inoxidable. Se evaporan los disolventes por aplicación de calor y se deja el depósito de película en la cinta móvil. Se desprende o separa la película y se enrosca en un cilindro estirador. Esta película se puede colar como recubrimiento o estratificando directamente sobre tela, papel u otros sustratos. Para que resulte económicamente factible, la colada con disolvente de película debe contar con un sistema de recuperación de disolvente. Entre los plásticos que se pueden colar con disolventes se incluyen el acetato de celulosa, butirato de celulosa, propionato de celulosa, polimetacrilato de metilo, policarbonato, polialcohol vinílico y otros copolímeros. Asimismo, es posible la colada de látex plástico líquido sobre superficies revestidas de teflón, en ligar de acero inoxidable, para producir películas especiales. 

Las dispersiones acuosas de politetrafluoroetileno y polifluoruro de vinilo se funden en cintas calentadas a temperaturas que están por debajo de sus puntos de fusión. Este método permite obtener películas y láminas de materiales que son difíciles de procesar por otros medios. Estas películas se utilizan como recubrimientos no adherentes, materiales de junta elástica y componentes de sellado para tuberías y juntas Las películas, incluidas las películas fotográfica y el celofán, se fabrican haciendo fluir una disolución del polímero sobre una superficie extremadamente lisa, en forma de una gran rueda pulida, u ocasionalmente, de una cinta o banda metálica. Una vez se ha evaporado el disolvente se separa la película de la superficie de colado. 

Productos: ❖ Envases hidrosolubles para lejías y detergentes. ❖ Recubrimientos no adherentes ❖ Materiales para junta elástica ❖ Componentes de sellado para tuberías y juntas. Ventajas: La colada con disolvente de películas ofrece tres ventajas con respecto a otros procesos de fundido en caliente: ❖ No se necesitan aditivos termoestabilizadores ni lubricantes. ❖ Las películas tienen un grosor uniforme y son óptimamente transparentes. ❖ No se produce otientación ni deformación. Colado de plástico fundido. Algunos termoplásticos, como los nailon y los acrílicos, y algunos plásticos termoestables, como los epóxicos, fenólicos, poliuretanos o poliéster, se pueden colar en moldes rígidos o flexibles, con una diversidad de formas. Otros materiales que se emplean en esta técnica son el etil celulosa, el acetato butirato de celulosa, la poliamida, el metacrilato de

butilo, el polietileno. Entre las partes que se suelen fabricar así están engranajes, cojinetes, ruedas, láminas gruesas y componentes que necesiten tener resistencia al desgaste por abrasión. Así como también adhesivos y recubrimientos desprendibles. Otra aplicación de este procedimiento está en las resinas fundidas que se emplean para moldes sobre los que colar otros materiales. ❖ En el colado convencional de los termoplásticos, se vierte una mezcla de monómero, catalizador y diversos aditivos, después de calentarla. La parte se forma después de que se efectúa la polimerización a presión atmosférica. Se pueden producir formas intrincadas con moldes flexibles, que después se desprenden. Puede ser necesaria una desgasificación para conservar la integridad del producto. ❖ Vaciado o fundición centrífugo. Este proceso es también usado con plásticos, incluyendo los plásticos reforzados con fibras cortas. Los polímeros termoestables son fundidos en forma similar; las piezas típicas producidas son similares a las que son hechas con fundición de polímeros termoplásticos. ❖ Sembrado y encapsulado. Una variación del colado, importante en la industria eléctrica y electrónica, es el sembrado y encapsulado. Este proceso consiste en colar el plástico en torno de un componente eléctrico, para embeberlo en el plástico. El sembrado se hace en una caja, que es parte integral del producto. En el encapsulado, el componente se recubre con una capa del plástico solidificado. En ambas aplicaciones el plástico sirve como dieléctrico (no conductor). Se pueden encapsular en forma parcial miembros estructurales, como ganchos y pernos. Colado por rotación: Se emplea la rotación de un molde para distribuir uniformemente el material de colado en sus paredes interiores. Materiales: resinas de polímeros, plásticos en polvo, dispersiones. Tipos:❖ Colada por centrifugación: el molde gira solamente en un eje. ❖ Colada rotacional: el molde se desplaza sobre dos ejes de rotación. Colada por centrifugación Las principales características del moldeo centrífugo (centrifugal casting) son: ❖ Productos con geometría de revolución. ❖ Adherencia de la masa a la pared del molde por fuerza centrífuga: velocidad de giro elevada. ❖ Aplicación principal: poliéster reforzado con fibras cortas de vidrio (BMC) para tuberías, postes. ❖ Con resinas duroplásticas: curado en el propio molde calefactado + completado en estufas. Productos que se suelen obtener: formas cilíndricas como tuberías y conductos. Colada rotacional El Moldeo Rotacional o Rotomoldeo es el proceso de transformación del plástico empleado para producir piezas huecas, en el que plástico en polvo o liquido se vierte dentro de un molde mientras gira en dos ejes biaxiales. El plástico se va fundiendo mientras se distribuye y adhiere en toda la superficie interna. Finalmente el molde se enfría para permitir la extracción de la pieza terminada. 

En los últimos años, el Rotomoldeo ha llamado fuertemente la atención de la comunidad industrial debido a las cualidades que presenta. Este proceso se va sofisticando día a día de manera que actualmente es considerado entre los procedimientos de transformación con mayor madurez tecnológica debido a las innovaciones en equipo, materiales y técnicas de control que han sido incorporados. Este proceso ofrece gran libertad de diseño, pues es posible fabricar artículos complejos con herramentales relativamente sencillas y de bajo costo, que en ciertos casos sería imposible moldear con otro procedimiento. Además, el bajo costo de este proceso permite la experimentación con diversos materiales, distribución en el calibre de pared o con el acabado de las piezas. Debido a las bajas presiones empleadas en el Moldeo Rotacional se producen piezas con tensiones internas mínimas, presentando un buen comportamiento mecánico debido a su mayor solidez en comparación con las piezas producidas a través del Soplado o la Inyección. Los niveles productivos del Rotomoldeo pueden variar de algunas cuantas piezas, a cientos o miles de artículos, también es adecuado para la producción a baja escala con vista a la obtención de prototipos. Desde pequeñas piezas como los son partes de muñecas y pelotas, con las cuales el Rotomoldeo se posicionó en el mercado hace años, hasta artículos de alto desempeño físico o alta capacidad en volumen; el Moldeo Rotacional se presenta con varias ventajas frente a otros procedimientos de transformación para obtener piezas huecas tridimensionales donde las juntas del molde son prácticamente invisibles. 

Al programar la velocidad de rotación es posible controlar el espesor de pared de diferentes zonas, que, en cualquier caso, no llegará a ser uniforme en toda la pared. El espesor puede ir de 1mm hasta el grosor que se requiera de acuerdo a las funciones de la pieza. Por último, existen bajos niveles de desperdicio ya que este proceso no requiere el uso de coladas, ni bebederos. El material excedente o no deseado es poco en comparación con otros procesos para fabricar piezas huecas. Características: Roto moldeo: mezclador de material plástico. ❖ Se utilizan plásticos en polvo o suspensiones que se colocan en moldes de aluminio. De otra forma no podrían ser fundidos ni moldeados ya que el calor para realizar esto se transmite al material por conducción, proceso optimizado al aumentar el área de contacto en un polvo; considerando además, que en este estado el plástico puede “fluir” para tocar todas las paredes del molde mientras vaya girando. ❖ Se introduce el molde en el horno y se hace girar en dos planos, el material se extiende uniformemente sobre las paredes del molde caliente. El plástico se derrite y se funde al tocar la superficie del molde caliente, obteniéndose un recubrimiento compacto. 

❖ Cuando se ha derretido o fundido el material en su totalidad se introduce en la cámara de enfriado a la vez que continua girando. Los polímeros cristalinos se enfrían en aire. Los

polímeros amorfos se enfrían por rociado o baño de agua. ❖ Se extrae el producto. Materiales: Roto moldeo: polvos plásticos. ❖ Resinas de polímeros. ❖ Plásticos en polvo. ❖ Dispersiones. ❖ Termoplásticos. o Dentro de estos últimos los más comunes son polietileno de alta densidad, polivinilo clorado y poliamida. Productos: ❖ Completamente cerrados: pelotas, juguetes, recipientes, brazos industriales, flotadores, tanques de combustible, visores solares, etc. ❖ Artículos rellenos con espuma y doble pared. ❖ Piezas huecas simétricas o asimétricas, con geometría de curvas complejas, pared uniforme, y contrasalidas. VENTAJAS E INCONVENIENTES Ventajas: ❖ Gran flexibilidad en el diseño de piezas. No es un método de conformado complejo. ❖ Bajos niveles de desperdicio. ❖ Se pueden añadir refuerzos de fibra corta. ❖ No es un método de conformado complejo. ❖ El molde es más simple y menos costoso. ❖ Los productos apenas se deforman. ❖ El artículo obtenido está relativamente libre de tensiones residuales y de memoria viscoelástica. ❖ El proceso se adapta a la producción de bajas cantidades. ❖ Los costes del material son relativamente bajos. ❖ El colado rotacional produce objetos huecos sin uniones, sin necesidad de soldadura. ❖ Inconvenientes: ❖ El índice de producción es bajo y el tiempo del ciclo es alto. ❖ Contracción durante la solidificación. ❖ La precisión de las dimensiones es únicamente suficiente. ❖ Las burbujas de humedad y el aire pueden constituir un problema. ❖ Los disolventes y aditivos pueden ser peligrosos. Comparativa frente a otros procesos: [pic] Diseño genérico de un extrusor. Este proceso tiene muchas ventajas sobre los procesos de transformación de plástico convencionales como lo son el Moldeo por inyección y la extrusión. Algunas de las ventajas con respecto a dichas técnicas son: ❖ Capacidad para realizar producciones cortas. ❖ Fabricación de piezas grandes y huecas. 

❖ Piezas de doble pared y con varias capas En la fabricación de ciertas piezas huecas, con geometría de curvas complejas, pared uniforme, y “contrasalidas”, el Rotomoldeo es una alternativa con menor costo frente al soplado. [pic] Máquina de inyección de plástico. Por otro lado, debido a las bajas presiones empleadas en el Moldeo Rotacional se producen piezas con tensiones internas mínimas, presentando un buen comportamiento mecánico debido a su mayor solidez en comparación con las piezas producidas a través del soplado o la inyección. Mercados: Algunos mercados donde participan productos obtenidos por rotomoldeo son: ❖ Sector industrial ❖ Sector salud ❖ Sector agrícola ❖ Industria metalúrgica ❖ Industria automotriz ❖ Bebidas y alimentos ❖ Construcción ❖ Higiene Industrial y ambiental ❖ Electrónica ❖ Farmacéutica ❖ Textil ❖ Juguetes ❖ Recreación y esparcimiento ❖ Aplicaciones Especiales Moldeo por compresión El moldeo por compresión es un proceso antiguo y muy utilizado para plásticos termofijos. Se aplica también a discos fonográficos termoplásticos, llantas de hule y varios compuestos en matriz de polímero. El proceso, ilustrado en la siguiente figura, para un plástico termofijo es el siguiente: 1. Se coloca en el fondo de un molde calentado, una cantidad fija de compuesto de moldeo llamada carga. 2. Se unen las mitades del molde para comprimir la carga y forzarla a tornar la forma de la cavidad. 3. Se calienta la carga a través del molde para que polimerice y cure el material, transformándose en una pieza sólida. 4. Se abre el molde y se retira la parte de la cavidad. La carga inicial del compuesto de moldeo puede estar en forma de polvos, pelets, líquido, o partes preformadas. La cantidad de polímero debe controlarse con toda precisión para obtener una consistencia uniforme en el producto moldeado. Se ha vuelto una práctica común precalentar la carga antes de colocarla en el molde; esto suaviza el polímero y acorta la duración del ciclo de producción. Los métodos de precalentamiento incluyen calentadores infrarrojos, calentamiento por convección en estufa y el uso de tornillos

giratorios dentro de un cilindro calentado. Esta última técnica (tomada del moldeo por inyección) se usa también para medir la cantidad de la carga. Principales aplicaciones: • Materiales duroplásticos y elastómeros, para piezas de pequeñas dimensiones. • Compuestos reforzados con fibras de vidrio a partir de resinas epoxi, de poliéster: o BMC (bulk molding compounds): reforzados con fibras de 3-12mm. Ejemplo: cuerpo de taladradora eléctrica. o SMC (sheet molding compounds): se sitúan en el molde alternativamente capas de fibras de ~ 25mm y capas de mezcla de resina y otros componentes. Preferentemente para piezas de gran superficie y pequeño espesor. Ejemplo: paneles para vehículos. o TMC (thick molding compounds): combinación en capas de BMC y SMC, para placas de gran espesor. • (modificación de la técnica) Estampado de chapas y preformas de termoplásticos (thermoplastics sheet stamping), reforzados con fibras textiles o de vidrio. Ya no utilizada para termoplásticos (ejemplo: era el método para la producción de discos LP). Ventajas: • Fluido en pequeñas distancias: menores tensiones internas. • Bajo coste de mantenimiento y de fabricación de moldes. • Diseño sencillo de moldes, al no haber entrada y canales. Desventajas: • El molde debe mantenerse a temperatura no excesiva, para que las paredes no curen mucho más rápido que el interior. Por tanto, tiempos largos de curado. Moldeo por trasferencia En este proceso, se carga un termofijo (preformado) en una cámara inmediata a la cavidad del molde, donde se calienta; se aplica entonces presión para forzar al polímero suavizado a fluir dentro del molde caliente, donde el polímero se cura. ❖ moldeo con recipiente de transferencia, en el cual la carga se inyecta de un recipiente a través de un canal vertical en la cavidad ❖ moldeo con émbolo de transferencia, en el cual se inyecta la carga en la cavidad del molde por medio de un émbolo desde un depósito que se calienta a través de los canales laterales. En ambos casos se produce material de desperdicio en cada ciclo por la pieza desechada que se queda en la base del depósito y en los canales laterales (que en inglés se denominan cull). Además, el vertedero del recipiente de transferencia es también material de desecho. Este desecho no puede recuperarse debido a que los polímeros son termofijos. El moldeo por transferencia está relacionado estrechamente con el moldeo por compresión, debido a que utiliza el mismo tipo de polímeros (termofijos y elastómeros). Existen similitudes con el moldeo por inyección, ya que la carga se precalienta en una cámara separada, y fuego se inyecta en el molde. En el moldeo por transferencia se pueden moldear formas de partes más intrincadas que en el moldeo por compresión pero no tan intrincadas como las del moldeo por inyección. El moldeo por transferencia también se presta para usar insertos de metal o de cerámica que se colocan en la cavidad antes de la inyección, el plástico calentado se adhiere al inserto durante el moldeo. 

En definitiva, se creó este método para mejorar el de compresión. Ventajas: ❖ La carga de material para la inyección entera en una localización consume menos tiempo que la carga de preformas en cada cavidad individual. ❖ Las espigas de núcleo con diámetro más largo y más pequeño pueden ser utilizadas porque pueden ser sostenidos en ambos extremos. ❖ Tras haber sido cerrado el molde antes de que cualquier material llegue a la cavidad, las inserciones de metal pueden ser moldeadas en las piezas sin rebabarlas. ❖ A través de las dimensiones de la línea de separación se mantienen más fácilmente a las tolerancias rígidas. ❖ Las rebabas en la línea de separación pueden ser mantenidas a un grosor mínimo si el molde está diseñado apropiadamente y bien mantenido. Desventajas: ❖ La deformación es más bien un problema porque el flujo de materiales de transferencia es más suave y se encoge más que los materiales de grado de compresión. Además, el empuje del material por un canal y una entrada orienta el material, lo que resulta en encogimiento no uniforme. ❖ Puesto que el material fluye desde una localización para llenar la pieza, verá las líneas de punto opuestas de la entrada en cada espiga de núcleo. ❖ La tasa de chatarra para las piezas moldeadas por transferencia usualmente será mayor que las piezas moldeadas por compresión porque de la chatarra extra del desperdicio y canal. ❖ Para evitar que el molde se abra un poco lo que puede resultar en una rebaba importante en las piezas, el tonelaje de cierre para las piezas moldeadas por transferencia es mayor que para las piezas moldeadas por compresión. Como resultado, un molde de compresión puede tener más cavidades de una pieza dada que un molde de transferencia para la misma pieza en la misma prensa. Moldeo por soplado: El moldeo por soplado es una tecnología del vidrio aplicada a los plásticos. En este proceso, soplamos aire a través de una preforma tubular en caliente, y ésta se adapta a un molde o se modela de manera artesanal. En ingeniería, lo más común es usar el sistema de molde metálico donde se introduce la preforma y se sopla aire. Es muy usado para fabricar objetos huecos, como botellas. Las piezas producidas por soplado presentan numerosas ventajas: ❖ ligereza, ❖ piezas sin puntas o intersticios, ❖ aislamiento, ❖ posibilidad obtener piezas con pared simple o doble, ❖ el moldeo por extrusión y soplado es un proceso de baja presión (de 1,72 bar hasta 10,34 bar). Esto permite tener plantas de procesado más económicas, manteniendo la misma calidad, ❖ los moldes de soplado son más baratos. Se puede hacer un moldeo por soplado a partir de un proceso de extrusión o de inyección del polímero fundido. 

Extrusión y soplado [pic] Extrusión y soplado Es un proceso semicontinuo que incluye dos pasos: • Primero, por una extrusión del polímero fundido obtenemos una preforma cilíndrica tubular, al hacerlo pasar por un dado que le confiere esta forma. Se obtiene lo que se denomina párison. • Por último, se insufla aire hasta obtener la forma final del producto, en este caso, una botella. Inyección y soplado [pic] Inyección y soplado: Este sistema de conformado es muy parecido al anterior, con la salvedad que ahora no necesitamos del dado que le confería la forma por extrusión, ni un obturador para sujetar la zona de inyección, sino que ahora, el polímero se inyecta en un molde para la preforma, y el espaciado interior se consigue con un mandril. 

Esta técnica sólo emplea termoplásticos y su uso se extiende principalmente a envases y objetos huecos, como en el caso anterior, como son botellas de refrescos. Como se puede apreciar, se emplea una máquina de extrusión combinada con un molde. 

Los pasos del proceso son los siguientes. En primer lugar, con el polímero fundido, lo inyectamos en un molde con un mandril en su interior, encargado de hacerle el agujero central a la preforma de tubo. Se observa que el material inyectado llega hasta el final del molde, con una forma determinada, que corresponderá con la forma de la rosca del tapón. Luego, se deja enfriar y se van acumulando para su posterior tratamiento. Una vez tenemos la preforma fría, la introduciremos en otro molde, agarrando la zona de la rosca del tapón con el mismo y dejándolo sujeto. Hay que tener en cuenta que el mandril interior es hueco en su interior y se deja permanentemente en la preforma fria. Este nuevo molde tiene su superficie caliente, lo que hace que de nuevo, el polímero vuelva a ser conformado con facilidad, ya que se encuentra a la temperatura de reblandecimeinto, salvo la zona del cuello, que permanece sólida y rígida en todo momento del proceso. Al insuflarle aire obtenemos la forma final y tras el enfriamiento, retiramos el mandril. Ventajas de este proceso: • Las preformas se pueden inyectar y almacenar, por lo que podemos guardarlas para realizar el soplado más tarde. • Las preformas son estables y pueden ser sopladas a velocidad alta según la demanda requerida. Por eso, el proceso de inyección y soplado se usa para la producción de objetos de plástico en grandes cantidades.• El proceso de inyección y soplado ofrece mejor control sobre el peso y grosor de las paredes del componente terminado, también mejora la precisión sobre áreas no sopladas como el cuello. El uso de preformas es muy común en la fabricación de botellas de PET como las utilizadas en los refrescos. 

Moldeo de polímeros por inyección: Es un proceso de conformado consistente en calentar un polímero e introducirlo en un molde mediante altas presiones. Puede producir piezas de diversos tamaños y gran complejidad. La complejidad y tamaño de la pieza moldeada se refleja en un mayor volumen y coste de los equipos. Este proceso es adecuado para los termoplásticos y para gran número de termoendurecibles. Sus aplicaciones se reflejan en gran cantidad de artículos cotidianos: aparatos electrónicos, calzado, bolígrafos, cepillos, piezas de automóvil... Entre otras ventajas, destacan los altos índices de productividad y automatización con posibilidad de piezas pequeñas de tolerancias estrechas, sin necesidad de una operación adicional de acabado superficial y la posibilidad de reutilización de los desechos termoplásticos. En el siguiente vídeo se puede ver esquemáticamente la inyección del polímero dentro del molde. Proceso y equipo En general, se trata de un proceso a caballo entre la extrusión y la colada de metales. Como se muestra en la siguiente figura, la máquina típica de moldeo por inyección consta de dos partes fundamentales: unidad de inyección y unidad de sujeción. [pic] Esquema de una máquina de inyección de plásticos El proceso se produce de la siguiente manera: 1. Una tolva alimenta de manera regular la unidad inyectora con granza de plástico. 2. La granza se calienta y funde en el cilindro y es empujada hacia adelante por la propia hélice del husillo. 3. Finalmente, el husillo se desplaza e inyecta el plástico fundido hacia el molde a gran presión. Dependiendo de que el propio husillo actúe o no de émbolo, la máquina se llama de “husillo reciprocante” o de “dos etapas”, respectivamente. Una vez la granza se ha fluidificado en el recorrido por el husillo, el plástico se solidifica muy rápidamente, por lo que se precisa una gran presión de llenado para homogeneizar. [pic] Los esquemas muestran la etapa de llenado. (1) La masa fluida está a punto de inyectarse en el molde. (2) El husillo realiza la inyección mediante un desplazamiento axial a modo de un émbolo. • El husillo gira en sentido contrario y retrocede, mientras la pieza es expulsada tras abrir el molde. • La tolva ha seguido alimentando el hueco entre el husillo y el cilindro, con lo tiene material para el siguiente ciclo de llenado. [pic] (3) Retroceso del husillo. (4) Expulsión de la pieza del molde. Moldeo: Los moldes constituyen la parte más importante de una máquina de inyección, dada su

complejidad. Lo fabrican especialistas en moldes y permite fabricar la pieza cuando se desee. Generalmente, es propiedad del que realiza el pedido de piezas. En la siguiente figura se muestra el esquema de un molde de 2 placas. En él, una mitad está sujeta a la placa estacionaria y a la otra a la móvil de la unidad de sujeción. El molde es atravesado por canales de agua para enfriar la pieza. Al cerrarse el molde se produce el llenado del mismo con plástico fundido a presión y al enfriarse (generalmente se requiere refrigeración) la pieza solidificada es expulsada mediante pernos eyectores cuando se abre el molde. Estos pernos poseen pequeños conductos para evacuar, al mismo tiempo, el aire del molde. [pic] Molde de inyección de 2 placas. La figura mostrada a continuación muestra esquema de un molde de 3 placas en la posición de cerrado y abierto. Este diseño posee algunas ventajas respecto al anterior: ❖ El flujo del plástico pasa a través de una puerta situada en la base de las piezas (si entra por un lateral se puede producir un "defecto de soldadura"). ❖ Al abrirse y dejar dos aberturas, por una de ellas cae el bebedero y los alimentadores, mientras que por la otra las piezas (se evita una operación posterior para separar de la pieza los alimentadores y el bebedero). [pic] Molde de inyección de 3 placas. Unidad de sujección Es la encargada de abrir y cerrar el molde, aplicando la fuerza necesaria. Esta fuerza es una de las características que definen la capacidad de una máquina de inyección, pudiendo encontrarse máquinas con "fuerza de cierre" desde varias decenas a miles de kN. Pueden ser de tres tipos: articuladas, hidráulicas e hidromecánicas (una combinación de las anteriores). Se muestran en la siguiente figura. ❖ Articuladas (para carga de cierre hasta 1500 kN). Al principio del cierre la carga es baja y la velocidad alta. Hacia el final del recorrido de cierre, la situación se invierte. ❖ Hidráulicas (para carga de cierre de 1500 a 10 000 kN). Eliminan las uniones mecánicas, pero requiere cilindros hidráulicos grandes. Se usa en máquinas de mayor capacidad de cierre. [pic] Unidades de cierre articulada (a) e hidráulica (b). Ambos tipos se muestran en posición abierta (1) y cerrada (2). Defectos e inconvenientes Algunos defectos comunes en los procesos de moldeo por inyección son los siguientes: ❖ El problema más común, y que aparece en todos los procesos de enfriamiento de polímeros, es la contracción. Algunos termoplásticos experimentan contracciones de hasta un 10% dentro del molde. Esto es previsible para cada material, luego las dimensiones del molde serán algo mayores que la pieza final, y, si es posible, se añadirá alguna carga de relleno para contrarrestar esto. ❖ Llenado deficiente. La pieza solidifica antes de llenar por completo la cavidad. Se soluciona aumentando temperatura o presión, o bien empleando una máquina mayor. ❖ Rebaba. La fusión del polímero se mete en las paredes de separación del molde,

debido a dosis altas de material, temperaturas elevadas, presiones excesivas, orificios de ventilación y juegos grandes. ❖ Marcas hundidas y huecos. Sobre todo en secciones gruesas, a causa de la solidificación y contracción de la superficie antes que el interior. Se puede solucionar usando secciones más delgadas y espesores uniformes. ❖ Líneas soldadas. Aparecen al fluir el polímero alrededor de un corazón y encontrarse los flujos en otro punto. Pueden tener características mecánicas inferiores. Se puede evitar mediante temperaturas y presiones altas, puertas alternas y mejor ventilación. ❖ Gran coste para producciones de series cortas. ❖ Es un proceso de precisión. Por tanto, un diseño defectuoso puede dar al traste con una serie grande de piezas, o producir un volumen de desecho inaceptable. Moldeo por extrusión [pic] 

Extrusor [pic] El proceso de conformado por extrusión es fundamental para metales, cerámicos y polímeros. La extrusión es un proceso de compresión en el cual se fuerza al material a fluir a través del orificio de una matriz para generar un producto largo y continuo, cuya forma de la sección transversal queda determinada por la forma del orificio. 

Es un proceso de conformado de polímeros que se usa ampliamente con termoplásticos y elastómeros (pero rara vez con termoendurecibles) para producir masivamente artículos como tubos, mangueras, perfiles estructurales (como molduras de ventanas y puertas), láminas y películas, filamentos continuos, recubrimientos de alambres y cables eléctricos. Para este tipo de productos, la extrusión se lleva a cabo como un proceso continuo: el producto extruido se corta inmediatamente en las longitudes deseadas. En esta apartado se tratan los procesos de extrusión básica y los procesos basados en la extrusión.En la extrusión de polímeros el material se alimenta en forma de granza a un cilindro de extrusión, donde se calienta y se le hace fluir a través del orificio de una matriz por medio de un tornillo giratorio (husillo), como se ilustra en la figura siguiente. Los dos componentes principales del extrusor son el cilindro y el tornillo. La matriz no es un componente del extrusor, sino una herramienta especial que debe fabricarse con el perfil particular a producir. El diámetro interno del cilindro extrusor fluctúa típicamente entre 25 y 100 mm. El cilindro es de mayor longitud que su diámetro, con una relación L/D usualmente entre 10 y 30. Las relaciones más grandes se usan para materiales termoplásticos, mientras que los valores bajos de L/D son para elastómeros. La tolva que contiene el material de alimentación se localiza en un extremo del cilindro. La granza se alimenta por gravedad sobre el tornillo giratorio (husillo), que desplaza el material a lo largo del cilindro. Se utilizan resistencias eléctricas para fundir inicialmente las partículas de granza sólida; el mezclado y el trabajo mecánico subsiguiente del material generan el calor adicional que mantiene la fusión. En algunos casos, el mezclado y la acción cortante generan el calor suficiente, de manera que no se requiere calentamiento externo. De hecho, en algunos

casos el cilindro debe ser enfriado externamente para prevenir el sobrecalentamiento del polímero. El material se transporta a través del cilindro hacia la abertura de la matriz por la acción del husillo extrusor, que gira aproximadamente a 60 rpm. El husillo tiene varias funciones y se divide en secciones que corresponden a cada función. Las secciones y las funciones son: ❖ Sección de alimentación, en la cual el material se mueve desde la puerta de la tolva y se precalienta. ❖ Sección de compresión, donde el polímero adquiere una consistencia líquida, el aire atrapado entre la granza se extrae de la fusión y el material se comprime. ❖ Sección dosificadora, en la cual se homogeneiza la fusión y se desarrolla suficiente presión para bombearla a través del orificio de la matriz. [pic] Flujo de arrastre de extrusor. La operación del husillo está determinada por su geometría y su velocidad de rotación. La geometría típica de un husillo extrusor se describe en la figura siguiente. El husillo consiste en paletas o aspas espirales (roscas) con canales entre ellas, que conducen el polímero fundido. El canal tiene un ancho T y una profundidad H. Al girar el husillo, las paletas empujan el material hacia delante a través del canal desde la tolva hasta la matriz. Aunque no se aprecia en el diagrama, diámetro de la paleta (rosca) es más pequeño que el del cilindro D con una pequeña holgura de aproximadamente 0.05 mm. La función de esta holgura es limitar la fuga de la fusión hacia a través del canal conductor. La pared de la paleta tiene un ancho e y está hecha de acero endurecido para resistir el desgaste al girar y al rozar contra el interior del cilindro. El husillo tiene un paso, cuyo valor es generalmente cercano al diámetro D. El ángulo de la paleta φ es el ángulo de la hélice y puede determinarse mediante la relación: [pic] El incremento de presión que se aplica al polímero fundido en las tres secciones del cilindro se determina en gran parte por la profundidad del canal H. Esta profundidad es relativamente grande en la sección de alimentación para permitir la admisión de grandes cantidades de polímero granular en el cilindro. En la sección de compresión, H se reduce gradualmente, aplicando así presión creciente en el polímero al ser fundido. En la sección dosificadora, la profundidad es pequeña y la presión alcanza un máximo. 

Con respecto a la longitud de las secciones del husillo, si las tres secciones se muestran iguales, resulta apropiado para un polímero que funde gradualmente, como el polietileno de baja densidad LDPE. Para otros polímeros, las longitudes óptimas de las secciones son diferentes. En el caso polímeros cristalinos como el nailon, la fusión ocurre más bien abruptamente en un punto específico de fusión, en consecuencia es apropiada una sección corta de compresión. Los polímeros amorfos como el PVC funden más lentamente que el LDPE, y la zona de compresión para estos materiales debe tomar casi la longitud entera del husillo. Aunque el diseño óptimo del husillo para cada tipo de material es diferente, es una práctica común usar husillos de propósito general. Estos

diseños representan un compromiso entre los diferentes materiales y se evita la necesidad de hacer frecuentes cambios de husillo, asociados con los paros del equipo. El flujo del polímero a lo largo del cilindro conduce finalmente a la zona de la matriz. Antes de alcanzar la matriz, la fusión pasa a través de una malla y de un plato rompedor que contiene pequeños agujeros axiales. La malla y el plato rompedor sirven para: ❖ filtrar contaminantes y trozos duros sin fundir. ❖ acumular presión en la sección dosificadora. ❖ enderezar el flujo del polímero fundido y borrar su memoria del movimiento circular impuesto por el husillo. Esta última función se relaciona con la propiedad viscoelástica del polímero; si el flujo no fuera enderezado hacia la izquierda, el polímero podría recuperar sus giros dentro de la cámara de extrusión, tendiendo a crecer y a distorsionar la extrusión. Lo que se ha descrito aquí es relativo a una máquina convencional de extrusión de husillo simple. Es necesario mencionar los extrusores de husillo doble porque estos ocupan un lugar importante en la industria. En estas máquinas, los husillos son paralelos dentro del cilindro. Los extrusores de husillos gemelos están recomendados para el PVC rígido, un polímero difícil de extruir normalmente, y para materiales que requieren un mayor mezclado. [pic] Extrusión de película soplada 

Extrusión de película delgada soplada. Este es otro proceso ampliamente utilizado para hacer películas delgadas de polietileno para empaquetado. Su complejidad combina la de la extrusión y el soplado para producir un tubo de película delgada. Se describe el proceso mediante siguiente figura. El proceso empieza con la extrusión de un tubo que se estira inmediatamente hacia arriba, y aún fundido, se expande simultáneamente su tamaño por inflado de aire través del mandril de la matriz. La presión de aire dentro de la burbuja tiene que ser constante para mantener uniforme el espesor de la película y el diámetro del tubo. Los rodillos de presión, que aprietan otra vez el tubo antes de que haya enfriado mantienen el aire dentro del tubo y cierran la burbuja una vez solidificada la película. Los rodillos guía se usan también para limitar el tubo soplado y dirigirlo hacia los rodillos de compresión. La bola plana es entonces enrollada en un carrete final. El efecto que produce el soplado con aire es estirar la película en ambas direcciones mientras se enfría. Como resultado, la película adquiere propiedades de resistencia isotrópica, lo que representa una ventaja sobre otros procesos en los cuales el material se estira, principalmente, en una sola dirección. La facilidad con que puede cambiarse la velocidad de extrusión y la presión de aire para controlar el ancho y el calibre (espesor) del material, son otras ventajas del proceso. Comparándolo con la extrusión en matriz de rendija, el método de película soplada produce películas más fuertes (por eso puede usarse una película más delgada para empaquetar un producto), pero el control del espesor y la velocidad de producción son bajas. La película soplada final puede dejarse en forma tubular (por ejemplo para bolsas de basura) o pueden cortarse los bordes para suministrar dos películas delgadas paralelas o una con el doble de ancho 

6.2.1.- TIPOS Y PROPIEDADES DE POLÍMEROS DE INGENIERÍA 

Tipos de Polímeros de ingeniería ❖ Nylon (poliamida 6, PA 6) ❖ Polilactona ❖ Policaprolactona ❖ Poliester ❖ Polisiloxanos ❖ Polianhidrido ❖ Poliurea ❖ Policarbonato ❖ Polisulfonas ❖ Poliacrilonitrilo ❖ Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS) ❖ Polióxido de etileno ❖ Policicloctano ❖ Poli (n-butil acrilato) ❖ Poliéster ❖ Tereftalato de Polibutileno (PBT) ❖ Estireno Acrilonitrilo (SAN) ❖ Poliuretano Termoplástico (TPU) 

Propiedades de los polímeros de ingeniería 

Propiedades eléctricas: 

Los polímeros industriales en general suelen ser malos conductores eléctricos, por lo que se emplean masivamente en la industria eléctrica y electrónica como materiales aislantes. Las baquelitas (resinas fenólicas) sustituyeron con ventaja a las porcelanas y el vidrio en el aparellaje de baja tensión hace ya muchos años; termoplásticos como el PVC y los PE, entre otros, se utilizan en la fabricación de cables eléctricos, llegando en la actualidad a tensiones de aplicación superiores a los 20 KV, y casi todas las carcasas de los equipos electrónicos se construyen en termoplásticos de magníficas propiedades mecánicas, además de eléctricas y de gran duración y resistencia al medio ambiente, como son, por ejemplo, las resinas ABS. Para evitar cargas estáticas en aplicaciones que lo requieran, se ha utilizado el uso de antiestáticos que permite en la superficie del polímero una conducción parcial de cargas eléctricas. Evidentemente la principal desventaja de los materiales plásticos en estas aplicaciones está en relación a la pérdida de características mecánicas y geométricas con la temperatura. Sin embargo, ya se dispone de materiales que resisten sin problemas temperaturas relativamente elevadas (superiores a los 200 °C). 

Las propiedades eléctricas de los polímeros industriales están determinadas principalmente, por la naturaleza química del material (enlaces covalentes de mayor o menor polaridad) y son poco sensibles a la microestructura cristalina o amorfa del material, que afecta mucho más a las propiedades mecánicas. Su estudio se acomete mediante ensayos de comportamiento en campos eléctricos de distinta intensidad y frecuencia. Seguidamente se analizan las características eléctricas de estos materiales. Los polímeros conductores fueron desarrollados en 1974 y sus aplicaciones aún están siendo estudiadas. 

Propiedades físicas de los polímeros. 

Estudios de difracción de rayos X sobre muestras de polietileno comercial, muestran que este material, constituido por moléculas que pueden contener desde 1.000 hasta 150.000 grupos CH2 – CH2 presentan regiones con un cierto ordenamiento cristalino, y otras donde se evidencia un carácter amorfo: a éstas últimas se les considera defectos del cristal. En este caso las fuerzas responsables del ordenamiento cuasicristalino, son las llamadas fuerzas de van der Waals. En otros casos (nylon 66) la responsabilidad del ordenamiento recae en los enlaces de H. La temperatura tiene mucha importancia en relación al comportamiento de los polímeros. A temperaturas más bajas los polímeros se vuelven más duros y con ciertas características vítreas debido a la pérdida de movimiento relativo entre las cadenas que forman el material. La temperatura en la cual funden las zonas cristalinas se llama temperatura de fusión (Tf) Otra temperatura importante es la de descomposición y es conveniente que sea bastante superior a Tf. 

Las propiedades mecánicas 

Son una consecuencia directa de su composición así como de la estructura molecular tanto a nivel molecular como supermolecular. Actualmente las propiedades mecánicas de interés son las de los materiales polímeros y éstas han de ser mejoradas mediante la modificación de la composición o morfología por ejemplo, cambiar la temperatura a la que los polímeros se ablandan y recuperan el estado de sólido elástico o también el grado global del orden tridimensional. Normalmente el incentivo de estudios sobre las propiedades mecánicas es generalmente debido a la necesidad de correlacionar la respuesta de diferentes materiales bajo un rango de condiciones con objeto de predecir el desempeño de estos polímeros en aplicaciones prácticas. Durante mucho tiempo los ensayos han sido realizados para comprender el comportamiento mecánico de los materiales plásticos a través de la deformación de la red de polímeros reticulados y cadenas moleculares enredadas, pero los esfuerzos para describir la deformación de otros polímeros sólidos en términos de procesos operando a escala molecular son más recientes. Por lo tanto se considerarán los diferentes tipos de respuesta mostrados por los polímeros sólidos a diferentes niveles de tensión aplicados; elasticidad, viscoelasticidad, flujo plástico y fractura. 

6.2.2.- REOLOGIA Y ORIENTACION 

Reometría y reología La Reología en proceso de extrusión aporta datos muy importantes para la comprensión y el diseño de esta tecnología. El estudio de un flujo de polímero por medio de Reología comienza con la reometría capilar, estudiando el flujo de polímero a través de un dado capilar utilizando las mismas consideraciones que se utilizaron para el flujo a través de un canal simple. En este modelo de reometría se considera que el esfuerzo cortante tiene relación directa con la caída de presión ΔP que se presenta a lo largo del tubo capilar cuya longitud L y radio R se relacionan con el flujo volumétrico Q y el esfuerzo cortante σ a la salida del dado del reometro capilar por medio de las siguientes ecuaciones: [pic] [pic] Usualmente se aplica una fuerza F y una velocidad conocidas para empujar el pistón que empuja al polímero fundido, teniendo en cuenta que [pic] Para ajustar estas relaciones con los esfuerzos cortantes se utiliza la corrección de Bagley, por medio de la cual se corrigen los efectos de la caída de presión del pistón y a través del total de la longitud del tubo capilar, se toman en cuenta la viscosidad y la caída de presión a la entrada del capilar. Resultando en: [pic] Donde e = Valor obtenido de graficar ΔPPistón contra (L/R) en la intersección de la recta obtenida con el eje de las abscisas. η = Viscosidad, obtenida de la pendiente (derivada) de la gráfica de ΔPPistón contra (L/R). Otras correcciones incluyen la corrección de Rabinowitsch para utilizar fluidos no newtonianos, con la cual se obtiene Para la velocidad de corte: [pic] y [pic] El paso de la reometría capilar es un paso inicial muy importante para conocer las características reológicas del material a utilizar, además se obtienen algunos otros datos importantes como hinchamiento, distorsiones del extruido, pérdida de viscosidad con el tiempo. El siguiente paso para el estudio preliminar de termoplásticos implica el uso de una norma por medio del medidor de índice de fluidez, con ayuda de la ecuación de continuidad. 

Orientación y cristalización: 

Láminas o perfiles formados a la salida del dado comienzan a disminuir su temperatura inmediatamente, en ese momento puede ser que el extruido sea jalado, con esto se logra una mayor orientación longitudinal de las moléculas, que se ordenan en la dirección que es aplicada la fuerza de extensión. A la salida del dado también comienza la cristalización, la cual puede ser controlada de acuerdo con la extensión y la tasa de enfriamiento. La cristalización puede aumentar por extensión gracias a rodillos que tiran del material,

esta fuerza causa que las moléculas se orienten en la dirección en que el material es forzado y esta orientación incrementa el grado de cristalización y por lo tanto el grado de resistencia del material. Esta técnica es utilizada típicamente en extrusión de láminas, películas y fleje. 

6.2.3.- MAQUINAS 

Las partes más importantes de la máquina son: 

Unidad de inyección 

La función principal de la unidad de inyección es la de fundir, mezclar e inyectar el polímero. Para lograr esto se utilizan husillos de diferentes características según el polímero que se desea fundir. El estudio del proceso de fusión de un polímero en la unidad de inyección debe considerar tres condiciones termodinámicas: 1. Las temperaturas de procesamiento del polímero. 2. La capacidad calorífica del polímero Cp [cal/g °C]. 3. El calor latente de fusión, si el polímero es semicristalino. [pic] El proceso de fusión necesita de un aumento de la temperatura del polímero, que resulta del calentamiento y la fricción de este con la cámara y el husillo. La fricción y esfuerzos cortantes son básicos para una fusión eficiente, dado que los polímeros no son buenos conductores de calor. Un incremento en temperatura disminuye la viscosidad del polímero fundido; lo mismo sucede al incrementar la velocidad de corte. Por ello ambos parámetros deben ser ajustados durante el proceso. Existen, además, cámaras y husillos fabricados con diferentes aleaciones de metales, para cada polímero, con el fin de evitar el desgaste, la corrosión o la degradación. Con algunas excepciones —como el PVC—, la mayoría de los plásticos pueden utilizarse en las mismas máquinas. La unidad de inyección es en origen una máquina de extrusión con un solo husillo, teniendo la cámara calentadores y sensores para mantener una temperatura programada constante. La profundidad del canal del husillo disminuye de forma gradual (o drástica, en aplicaciones especiales) desde la zona de alimentación hasta la zona de dosificación. De esta manera, la presión en la cámara aumenta gradualmente. El esfuerzo mecánico, de corte y la compresión añaden calor al sistema y funden el polímero más eficientemente que si hubiera únicamente calentamiento, siendo ésta la razón fundamental por la cual se utiliza un husillo y no una autoclave para obtener el fundido. Una diferencia sustancial con respecto al proceso de extrusión es que durante la dosificación el husillo retrocede transportando el material hacia la parte anterior de la cámara. Es allí donde se acumula el polímero fundido para ser inyectado. Esta cámara actúa como la de un pistón; el husillo entonces, se comporta como el émbolo que empuja el material. Tanto en inyección como en extrusión se deben tomar en cuenta las relaciones de PvT (Presión, volumen, temperatura), que ayudan a entender cómo se comporta un polímero al fundir. 

Unidad de cierre Es una prensa hidráulica o mecánica, con una fuerza de cierre suficiente para contrarrestar la fuerza ejercida por el polímero fundido al ser inyectado en el molde. Las fuerzas localizadas pueden generar presiones del orden de cientos de MPa, que sólo se encuentran en el planeta de forma natural únicamente en los puntos más profundos del océano. Si la fuerza de cierre es insuficiente el molde tenderá a abrirse y el material escapará por la unión del molde. Es común utilizar el área proyectada de una pieza (área que representa perpendicularmente a la unidad de cierre el total de la cavidad) para determinar la fuerza de cierre requerida, excluyendo posibles huecos o agujeros de la pieza. [pic] Donde: F = Fuerza (N) 

Pm = Presión media (Pa) 

Ap = Área proyectada (m2) 

Molde 

[pic] 

Esquema de un molde comercial prefabricado, al cual sólo le falta la cavidad para la pieza deseada. 

El molde (también llamado herramienta) es el espacio donde se genera la pieza; para producir un producto diferente, simplemente se cambia el molde, al ser una pieza intercambiable que se atornilla en la unidad de cierre. Existen varios tipos de molde, para inyectar plasticos, metal, etc. Las partes del molde son: ❖ Cavidad: es el volumen en el cual la pieza será moldeada. ❖ Canales o ductos: son conductos a través de los cuales el polímero fundido fluye debido a la presión de inyección. El canal de alimentación se llena a través de la boquilla, los siguientes canales son los denominados bebederos y finalmente se encuentra la compuerta. ❖ Canales de enfriamiento: Son canales por los cuales circula refrigerante (el más común agua) para regular la temperatura del molde. Su diseño es complejo y específico para cada pieza y molde, esto en vista de que la refrigeración debe ser lo más homogénea posible en toda la cavidad y en la parte fija como en la parte móvil, esto con el fin de evitar los efectos de contracción diferencial. Cabe destacar que al momento de realizar el diseño de un molde, el sistema de refrigeración es lo último que se debe diseñar. ❖ Barras expulsoras: al abrir el molde, estas barras expulsan la pieza moldeada fuera de la cavidad, pudiendo a veces contar con la ayuda de un robot para realizar esta

operación. Comúnmente se utiliza el acero bonificado (templado y revenido) que algunos lo conocen como acero P20, debido a la norma americana AISI. Este acero es un material en que se puede pulir fácilmente, ya que se puede trabajar en el estado de suministro (tornear, fresar, etc.), tiene una dureza similar a la de los aceros 705 y 709.Este material es ideal como molde ya que es efectivo con cualquier tipo de plástico corrosivo. 

6.2.4.- MATERIAL Y EQUIPO AUXILIAR Los equipos que se utilizan en el proceso dependen de la técnica empleada. Si se trata de inyección-soplado se necesitará como mínimo; una inyectora, encargada de realizar la preforma inicial, un equipo calefactor para incrementar la temperatura de la preforma y llevar el material así a un estado plástico para poder deformarlo y por ultimo un equipo de soplado que se utilizará para inyectar el aire a presión. Si se trata de extrusión-soplado entonces se necesitará una extrusora, para la obtención del macarrón y un equipo de soplado para la inyección del aire, si el proceso lo requiere se añadirá un equipo calefactor. Además esta técnica requiere en algunas ocasiones un equipo auxiliar, el cual puede estar formado por un acumulador y/o una boquilla de orificio variable. El equipo acumulador está compuesto por una cavidad, encargada de almacenar la dosis requerida y un pistón cuyo objetivo es empujar el plástico fundido hacia el cabezal de la boquilla. Por otra parte la boquilla de orificio variable se utiliza para programar una extrusión con diferentes espesores. Extrusoras de Bolsas 

Las Extrusoras producen pliegos tubulares que no son más que un tipo de empaque flexible hecho de un delgado, fino y flexible material plástico, usualmente Polietileno y/o Polipropileno. A partir de los pliegos tubulares es que se producen las bolsas que hoy en día son usadas para contener y transportar comida, granos, hielo, químicos, basura, etc. 

Selladoras-Bolseadoras 

Una vez obtenidas las bobinas tubulares, las bolsas se producen con equipos de sello y corte. Para ello contamos con equipos automáticos de alta productividad o semiautomáticos para los que se inician en el negocio. Tenemos las máquinas para todo tipo de de bolsa. Si no se encuentra lo que busca aquí, consúltenos y le sugeriremos el equipo adecuado. 

Impresoras Flexo-graficas 

Un excelente valor agregado en las bolsas puede obtenerse a través de un buen acabado de impresión. Nuestros equipos de impresión cuentan con alta tecnología de trabajo para producción en dos colores, cuatro colores y seis colores y para distintos anchos de impresión. Cortadoras – Refiladoras 

Equipos Apropiados para separar y cortar bobinas de distintos materiales. Pueden cortar el borde o filo de acuerdo a ciertos requerimientos de producción. 

Línea de Termo-formado 

Línea de trabajo con uso principal de PP,PS HIPS para la extrusión en láminas y con diferentes fines.-Una vez obtenida las bobinas, dos equipos de termo-formado producirán los platos, vasos, fuentes, etc. Además contamos con sistema de moldes para obtener el mejor producto al mejor precio. A continuación puede observar nuestra línea de termo-formado: 

Línea de Lavado 

Hoy en día los principales productos reciclables tales como bolsas y/o botellas de consumo masivo, se obtienen de principales centros de acopio de cada ciudad. Dado que los materiales se encuentran demasiado sucios y mezclados con piedras, vidrios y/o cartón lo conveniente es picar el material para luego ser lavado y su posterior peletizado o reuso.Contamos con equipos para distintos niveles de producción y determinados productos. 

Línea de Reciclado 

El propósito de estas líneas es paletizar materiales productos de líneas de lavado o proveniente de excedente de alguna industria.De esta forma se convierte el material a pequeño gramos llamados peteb para reusarlo como materia prima. 

Rafia 

Contamos con líneas completas de produccion de hilo de polipropileno (PP) o tambien conocido como Rafia. Desde la extrusora de hilo, las embobinadoras, las tejedoras de mangas y cortadoras precisas de alta velocidad de sacos del mismo material. Hga click en el siguiente link para que pueda acceder a mas informacion de la línea. 

Inyectoras 

Contamos tambien con inyectoras industriales para materiales PE, PP, PVC y otros para fabricar diferentes productos que pueda necesitar. Inyectoras con fuerza de cierre desde 90 Ton hasta 3800 Ton. De la misma forma tenemos inyectoras de PET especiales para preformas para soplado de botellas. 

6.2.5.-PROCESOS DEFABRICACION 

Podríamos empezar hablando sobre el proceso llamado de inyección, este nombre obedece 

a que su mecánica es precisamente como el de una jeringa utilizada para inyecciones, pero antes de continuar con el tema cabe mencionar que existe un proceso que es común a todos los que tocaremos en este tema, es el llamado proceso de extrusión, pero que es entonces la extrusión, no es ni más ni menos que la utilización del movimiento continuo de un tornillos sin fin, utilizado para transportar materiales de un lugar a otro, el proceso de inyección entonces está constituido por varios pasos, los que describiremos a continuación: primero se alimenta el material a través de la tolva de alimentación, el tornillo sin fin distribuye el material a lo largo del cañón, el cual está rodeado de resistencias eléctricas, una vez que la cámara de inyección se encuentra llena y a la temperatura correcta el mismo husillo puede utilizarse como embolo, aunque existen otros sistemas que lo hacen de forma diferente, y si deseas ver el proceso animado y con más información interesante solamente accesa a esta referencia. Por medio de este proceso de inyección, podemos obtener una gran diversidad de productos terminados, como suelas para zapatos, lapiceros, utensilios de cocina etc. 

Otro proceso muy utilizado en la transformación de los polímeros es el de extrusión soplado, o como comúnmente lo llamamos proceso de soplado, este proceso se utiliza para fabricar principalmente embases, aunque puede fabricarse todo tipo de productos terminados como pelotas por ejemplo, el proceso al igual que en el proceso de inyección se inicia con la alimentación de la materia prima, el tornillo se encarga de llevar el material hasta la punta del cañón y a la salida de este lo que vamos a tener es un cabezal para soplado sigue el link de la referencia y encontrarás una animación del proceso. Y por ultimo tenemos el proceso de extrusión soplado de película, con este proceso se fabrican millones de bolsas en todo el mundo y es básicamente el mismo del soplado, pero lo que varía es el cabezal específicamente utilizado para soplado de película. 

Hasta aquí una pequeñísima parte de lo que es el tema de los polímeros, pero en términos generales espero nos hayamos formado una idea de lo que es el mundo de de los productos hechos con polímero. 

RECICLAJE DE LOS PLASTICOS 

Si revisas el nombre de este articulo, solamente hemos hasta ahora conocido una pequeña parte de los polímeros, pero entonces que son los plásticos, bueno los plásticos no son más que polímeros, pero el nombre genérico que todos utilizamos es precisamente el de plástico, materia prima de gran actualidad, de uso masivo, pero este insignificante plástico tarda trescientos años en empezar a degradarse, lo que quiere decir que tarda muchos más en restituirse a la naturaleza, aproximadamente consumimos un millón de bolsas por

minuto en todo el mundo, y sabemos que aproximadamente un 5% de la producción mundial de derivados del petróleo se usan en la fabricación de plásticos, cabría peguntarnos entonces que sucede con todas estas bolsas de plástico, se sabe que únicamente se recicla el 1 % de la producción mundial, por lo tanto el resto está en basureros, en ríos, en el mar, etc. 

LA DESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS DE PRODUCCIÓN TÍPICOS (MÉTODOS DE FABRICACIÓN TÍPICOS) La primera parte de la producción de plásticos consiste en la elaboración de polímeros en la industria química. Hoy en día la recuperación de plásticos post-consumidor es esencial también. Parte de los plásticos terminados por la industria se usan directamente en forma de grano o resina. Más frecuentemente, se utilizan varias formas de moldeo (por inyección, compresión, rotación, inflación, etc.) o la extrusión de perfiles o hilos. Parte del mayor proceso de plasticos se realiza en una máquina horneadora. LOS INSUMOS O MATERIA PRIMA REQUERIDA Petróleo (nafta) Gas natural Carbón Sal marina Madera (celulosa) Algodón (celulosa) Hevea (látex) Caña de azúcar Resinas de PVC Polietilenos de alta y baja calidad Plastificantes Estabilizadores térmicos Lubricantes Lubricantes externos Modificadores de impacto 

Moldeo por inyección Un émbolo o pistón de inyección se mueve rápidamente hacia adelante y hacia atrás para empujar el plástico ablandado por el calor a través del espacio existente entre las paredes del cilindro y una pieza recalentada y situada en el centro de aquél. Esta pieza central se emplea, dada la pequeña conductividad térmica de los plásticos, de forma que la superficie de calefacción del cilindro es grande y el espesor de la capa plástica calentada es pequeño. 

Bajo la acción combinada del calor y la presión ejercida por el pistón de inyección, el polímero es lo bastante fluido como para llegar al molde frío donde toma forma la pieza en cuestión. El polímero estará lo suficiente fluido como para llenar el molde frío. Pasado un tiempo breve dentro del molde cerrado, el plástico solidifica, el molde se abre y la pieza es

removida. El ritmo de producción es muy rápido, de escasos segundos [pic] Moldeo por extrusión En el moldeo por extrusión se utiliza un transportador de tornillo helicoidal. El polímero es transportado desde la tolva, a través de la cámara de calentamiento, hasta la boca de descarga, en una corriente continua. A partir de gránulos sólidos, el polímero emerge de la matriz de extrusión en un estado blando. Como la abertura de la boca de la matriz tiene la forma del producto que se desea obtener, el proceso es continuo. Posteriormente se corta en la medida adecuada. [pic] 

Extrusión de film tubular En esto proceso se funde polietileno de baja densidad. El fundido es extruído a través de una matriz anular. Se introduce aire inflando el tubo del polímero extruído para formar una burbuja del diámetro requerido, la que es enfriada por una corriente de aire. El film es arrastrado por un par de rodillos que aplastan la burbuja manteniendo así el aire empleado para inflar la burbuja dentro de ella. Moldeo por insuflación de aire Es un proceso usado para hacer formas huecas (botellas, recipientes). Un cilindro plástico de paredes delgadas es extruído y luego cortado en el largo que se desea. Luego el cilindro se coloca en un molde que se cierra sobre el polímero ablandado y le suprime su parte inferior cortándola. Una corriente de aire o vapor es insuflado por el otro extremo y expande el material hasta llenar la cavidad. El molde es enfriado para el fraguado. [pic] Moldeo por vacío Mediante este proceso se comprime una chapa de resina termoplástica ablandada por el calor contra un molde frío. La chapa toma y conserva la forma del molde. Este método se emplea para revestimientos interiores (puertas de heladeras, gabinetes, etc.) Calandrado El proceso se emplea para la fabricación de chapas y películas plásticas. Consiste en pasar un polímero convertido en una masa blanda entre una serie de rodillos calentados. A medida que el polímero pasa a través de los rodillos se forma" un producto uniforme. El último par do rodillos se ajustan para dar el espesor deseado. El sistema de rodillos de enfriamiento da a las chapas o películas su estructura molecular permanente. 1) Moldeo por compresión Se emplean polímeros termorrígidos. Una vez comenzado el calentamiento, un plástico termorrígido continúa endureciéndose. En el moldeado por compresión, el material se coloca en el molde abierto. Un taco calentado aplica suficiente calor y presión para ablandar el polímero termorrígido y llenar la cavidad del molde. La temperatura del taco y de la cavidad del molde puede ser de hasta 149 C y la presión de Las cadenas del polímero se entrecruzan rápidamente y el plástico se endurece tomando su forma permanente, pudiendo ser retirado del molde. 2) Modelado de laminados El modelado para chapas se emplea para los laminados empleándose telas u otros

materiales impregnados. El material se impregna en la resina, se calienta y se hace entrar a presión en el molde. Mantenidos en posición bajo la acción del calor y la presión, los materiales se funden formando una densa y sólida masa en forma de lámina. Proceso de Fundición En este proceso no se requiere calor ni presión. El plástico fluido se vierte en un molde, o el polímero sólido que puede ser licuado mediante solventes o catalizadores. En la fundición, el polímero se coloca en un molde y se solidifica por una reacción química llamada Vulcanización. Si el plástico se solidifica por el añadido de ciertos catalizadores, se dice que está vulcanizado. El equipo y los moldes necesarios para el proceso son de bajo costo. Proceso de Lecho fluidificado Luego tenemos un interesante proceso, particularmente útil para cubrir una gran variedad de artículos con una capa o envoltura de plástico de grosor bastante uniforme. La pieza metálica a cubrir se calienta en un horno a temperatura superior al punto de fusión del polímero que se va a aplicar. Una vez calentada, se sumerge de inmediato en un recipiente lleno de partículas de polímero en polvo que se tornan, "fluidas" mediante el aire introducido por un soplete o fuelle desde la parte inferior del recipiente. Como la temperatura del metal es superior al punto de fusión del plástico, enseguida empieza a formarse una capa sobre el metal caliente. El grosor de esa capa está determinado por el tiempo durante el cual la parte metálica queda sumergida en la masa esponjosa de polvo. Cuando se ha obtenido el grosor que se desea, la pieza se retira y luego se hace pasar por un horno para la fusión final del polímero. El secreto de obtener una buena capa fluidificada es el chorro de aire a baja presión dirigido hacia arriba a través del polímero pulverizado, para conservar al material en estado esponjoso. Con la debida presión de aire, la masa esponjosa de polvo se comporta como un líquido, facilitando la inmersión del metal calentado en el lecho fluidificado y obteniendo así una capa uniforme. Muchos tipos de objetos metálicos reciben capas de plástico uniformes y completas sumergiéndolas a temperaturas superiores al punto de fusión del plástico. Artículos como canastos de alambre para lavaplatos, carritos para hacer compras, complejas chapas metálicas estampadas, quedan totalmente cubiertas y embellecidas por el proceso de Lecho fluidificado. La capa obtenida queda libre de gotas o imperfecciones similares y rincones no cubiertos, como sucede comúnmente cuando se pintan. PRODUCTOS TÍPICOS OBTENIDOS 

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Productos en Plásticos : Envases, Piezas de plástico, Botellas, Cubetas, Manguera plástica, Plástico para el hogar, Mallas de plástico, Inyección, Filmes plásticos, PET, Polipropileno, Bolsas de plástico, Reciclaje y Recuperación de plástico, PVC, Polietileno, Policarbonato, Moldes, Poliuretano, Muebles de Plástico, Prototipos, Estireno. 

6.3.- MANUFACTURA CON MATERIALES COMPUESTOS 

Un material compuesto es el resultado de la combinación de dos tipos de materiales: metal-metal, metal-cerámico, metal-polímero, polímero-cerámico, polímero-polímero y cerámico-cerámico. Estos se encuentran en diferente porcentaje (Figura 13.1.), siendo la fase que se encuentra en mayor proporción la matriz o fase continúa, mientras que la fase que se dé menor proporción se le denomina refuerzo o fase discontinúa. 

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Las variables que se manejan en este tipo de materiales son generalmente el volumen que ocupa el refuerzo, su tamaño, su forma y el tipo de acomodo que tiene, incluyendo distribución y orientación. Los materiales compuestos más usados son: 

❖ Materiales Compuestos reforzados con fibras que están inmersas en una matriz (Figura (a). 

❖ Materiales compuestos reforzados con varias capas de láminas de distintos materiales (Figura (b). 

❖ Materiales compuestos reforzados con partículas de diferente diámetro diseminadas en el volumen de la matriz (Figura (c). 

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La gran ventaja de los materiales compuestos es que, con el refuerzo adecuado, se puede modificar alguna de las propiedades de la matriz. Estas propiedades pueden ser mecánicas, como mayor resistencia, rigidez, resistencia al desgaste o a la fatiga; de tipo químico como mayor resistencia a la corrosión o de tipo físico como mejoras en el comportamiento de los materiales a campos eléctricos, acústicos o a la temperatura y la presión. 

Debido a estas ventajas, los materiales compuestos tienen una gran aplicación en áreas donde las propiedades mecánicas, la resistencia y la baja densidad de los materiales son decisivos, como la construcción, la aeronáutica, la automotriz y la odontológica entre otras.