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Plásticos industriales y su procesamiento




  1. Resumen
  2. Propiedades de los Plásticos
  3. Procesamiento de los plásticos
  4. Moldeado por prensa
  5. Moldeado por prensado en inyección
  6. Inyección
  7. Soplado de cuerpos huecos
  8. El calandrado
  9. Extrusión
  10. Fundición
  11. Empaque y etiqueta: Una sola pieza por inyección
  12. Constitución de los moldes para plásticos
  13. Materiales para la construcción de los moldes
  14. El acabado
  15. Métodos de elaboración del molde
  16. Forma de los canales de colada
  17. Clasificación y designación de los plásticos industriales
  18. Primera botella biodegradable para agua
  19. Inyección de materiales múltiples
  20. Sistemas de moldeo de preformas de Pet para envases plásticos
  21. Despiece de molde de acero para preforma de Pet con 32 cavidades
  22. 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.

Propiedades de los Plásticos.

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.

MOLDEADO POR PRENSA.

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.

INYECCIÓN.

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

Soplado de cuerpos huecos.

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

TERMOFORMADO:

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.

EL CALANDRADO.

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.

EXTRUSIÓN.-

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.

FUNDICIÓN.-

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:

  1. 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.
  1. Determinar el tipo de maquina de moldeo y el efecto que puede tener en el diseño del molde.
  1. 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:

  1. Condiciones aceptables para su elaboración como son mequinabilidad, poder ser troquelado en frío, poder ser templado.
  1. Resistencia a la compresión
  1. Resistencia a la temperatura
  1. Resistencia a la abrasión
  1. Aptitud para el pulido
  1. Tener deformación reducida
  1. Buena conductividad térmica
  1. Buena resistencia Química
  1. 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.

El acabado

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

8. www.jomarcorp.com

9. www.fcs.comtw

10. www.plastico.com

11.www.husky.ca

12. www.hotrunners.com

 

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


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