Inyección de Polímeros

La inyección consiste en introducir una cantidad de material polimérico en estado fundido dentro de la cavidad de un molde que contiene la reproducción en negativo de la pieza a fabricar.

Unidades Principales del Proceso de Inyección

• Unidad de Inyección: Funde y homogeneiza el polímero, dosifica e inyecta la masa fundida. Componentes:
  • Tolva
  • Husillo
  • Cilindro
  • Sistema atemperado
  • Boquilla (conexión con el molde)
• Unidad de Cierre: Componentes:
  • Placa fija: en el lado de la inyección
  • Placa móvil: del lado de expulsión, deslizándose gracias a un sistema de guías.
  • Sistema de accionamiento: de rodillera o hidráulico.
• Unidad de Control: Enlace entre la máquina y el operario. Desde este sistema, el operario programa los parámetros adecuados para que la inyección se produzca.

Partes del Molde de Inyección

• Cavidad: Determina la forma de la pieza.
• Canales de distribución: A través de los cuales fluye el plástico fundido hasta las cavidades.
• Sistema de expulsión: Para expulsar la pieza del molde.
• Sistema de refrigeración.
• Orificios de ventilación: Para evacuar el aire de las cavidades.

Tipos de Moldes

• Molde de canales calientes: Bebedero y corredores calientes para mejorar el flujo del plástico.
• Molde de 3 platos.
• Molde con rosca interior parcial.
• Molde con rosca interior.
• Molde con vacío para mejorar el llenado.
• Desmoldeo vertical con pestaña flexible.
• Inserto en posición de inyección y desmoldeo.

Ciclo de Inyección

1. Cierre del molde.
2. Inyección: El husillo avanza con una velocidad programada, obligando al material a pasar a través de la boquilla, el sistema de bebederos y canales hasta que se logra el llenado volumétrico de la cavidad.
3. Presión posterior o compactación: El husillo se mantiene adelante aplicando una presión de sostenimiento hasta que solidifique. Se inyecta una cantidad de material suplementaria (aproximadamente 7%) por dos motivos: para evitar que el material a presión dentro del molde retroceda hacia el husillo y para compensar la contracción.
4. Dosificación: El material sólido, en forma de grano o polvo, se introduce en la tolva. El husillo se encarga de hacer avanzar el material hasta la boquilla, mientras este retrocede. El rozamiento generado por el movimiento del husillo y las resistencias calefactoras situadas sobre el cilindro de plastificación permiten la fusión y la homogeneización del polímero.
5. Fin de enfriamiento: Comienza simultáneamente con la fase de llenado, ya que el material empieza a perder calor tan pronto como entra en contacto con las paredes del molde. En algunos casos, la fricción del fluido con el molde puede generar un aumento de temperatura. Finaliza cuando el material alcanza una temperatura que le permite mantener su forma, y continúa tras la expulsión hasta alcanzar la temperatura ambiente.
6. Apertura del molde.
7. Expulsión de la pieza.

Extrusión de Polímeros

La extrusión es un proceso de conformación por flujo continuo para la producción de productos de sección transversal constante y longitud indefinida. Se obliga a pasar el material plástico fundido por un cabezal con la forma de la sección que se desea obtener, bajo condiciones controladas de presión y temperatura. Se obtienen productos semielaborados (placas, hilos, etc.) o elaborados (tubos, perfiles, etc.).

Aplicaciones de la Extrusión

Recubrimiento de cables, monofilamentos, film por soplado, láminas o placas, tubos flexibles o rígidos, juntas, perfiles.

Componentes de la Extrusora

• Tolva: Recepciona y dosifica el material.
• Husillo: Funde, homogeneiza y alimenta el plástico fundido.
• Cilindro: Rodea al husillo.
• Sistema de atemperado: Fuente de calor adicional.

Tipos de Cabezales de Extrusión

• Tubos.
• Cabezal con torpedos: El flujo atraviesa una zona de perturbación que mantiene unido el macho interior con el cilindro exterior. Debe distorsionar el flujo lo menos posible para evitar un aumento de presión y líneas de soldadura por discontinuidad.
• Cabezal con distribuidor helicoidal: Proporcionan más homogeneidad al flujo y un espesor más uniforme. Se emplea para tubos de PE y film soplado. Cuanto más viscoso es el material, menos se emplea.
• Perfiles.
• Cabezal de platos: El plato recoge la forma de la geometría del perfil.
• Cabezal paso a paso: Varios cabezales de plato en serie. Transición escalonada, pero siguen existiendo zonas de estancamiento. Para geometrías sencillas.
• Film soplado: Para fabricación de film, bolsas, etc.

Sistemas Auxiliares en Extrusión

• Sistema de calibración: El calibrado proporciona la forma final y la estabilidad dimensional, ya que el cabezal no es capaz de ajustar las medidas requeridas debido al fenómeno de swelling (hinchamiento).
• Sistema de refrigeración: Por medio de baño o duchas de agua en perfiles y tubos; por aire o enfriamiento de rodillos en film y láminas.
• Unidad de arrastre: Estirado para lograr el espesor uniforme deseado.
• Sistema de corte: Los más comunes son la guillotina, la sierra radial y la sierra planetaria.
• Bobinado: En tubos flexibles, láminas y films.

Defectos Comunes en Extrusión

• Fractura o rotura de continuidad (debido a un excesivo esfuerzo).
• Piel de tiburón y tallado de bambú.
• Hinchamiento excesivo.

Extrusión-Soplado e Inyección-Soplado

• Extrusión-Soplado: El proceso parte de un proceso de extrusión por el cual se fabrica previamente un tubo o parison. El tubo, todavía en estado semifundido, es soplado mediante aire comprimido dentro de un molde. La pieza es enfriada y se troquela el sobrante exterior.
• Inyección-Soplado: Se parte de una preforma inyectada que posteriormente es calentada y soplada.

Conceptos de Calidad: Planitud, Ondulación, Rugosidad y Rectitud

• Planitud: Se define como la distancia mínima entre dos planos paralelos a un plano de referencia (obtenido por mínimos cuadrados) que incluyen entre ambos toda la superficie de medida. Las desviaciones de planitud se pueden obtener a partir de rectitudes en diagonal o en cuadrícula. Midiendo rectitudes de dichos puntos se obtiene un análisis topográfico. Ejemplo: Medimos con un palpador como en la práctica.
• Ondulación: Se debe a vibraciones durante el mecanizado u oscilaciones en el movimiento de la pieza o herramienta.
• Rugosidad: Está relacionada con las condiciones de corte (avance) o las características de la herramienta (tamaño, grano, filo).
• Rectitud: Se define como la cualidad de recto. La observación de esta cualidad se mide con diferentes instrumentos (anteojo con mira, regla óptica, autocolimador de espejos, palanca con comparador, niveles).
• Redondez: Se mide utilizando diferentes sistemas (círculo máximo inscrito, círculo mínimo circunscrito, centro de la zona mínima, centro de mínimos cuadrados).

Clasificación y Propiedades de los Polímeros

Cadenas Poliméricas

Amorfos: Si las cadenas son fuertemente ramificadas, es difícil que puedan adoptar una estructura con alguna uniformidad, con lo cual forman lo que se llama estructuras amorfas. La transparencia es una característica de los plásticos amorfos.

Tipos de Polímeros

• Termoplásticos: Moldeables con calor (tras la conformación). Lineales y ramificados. Amorfos (transparentes).
• Termoestables: No moldeables con calor (tras la conformación). Fuertemente reticulados. Rígidos y frágiles.
• Elastómeros: Comportamiento elástico. Tipo reticulado. Termoestables.

Comportamiento Viscoelástico y Viscoso

• Comportamiento Viscoelástico:
  • Los materiales termoplásticos responden a comportamientos viscoelásticos.
  • Relación no lineal entre tensión y deformación.
  • Propiedades mecánicas extremadamente dependientes del tiempo y de la temperatura.
• Comportamiento Viscoso:
  • Comportamiento no newtoniano: relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte (shear-rate) no lineal.
  • La viscosidad no es constante, sino que depende de la velocidad de corte.
  • Reómetro: Instrumento para medir la viscosidad en una amplia gama de velocidades de corte.