EXTRUSIÓN DE MATERIALES PLÁSTICOS ExtrusiónDefinición: La palabra extrusión proviene del latín "extrudere" que significa forzar un material a través de un orificio. La extrusión consiste en hacer pasar bajo la acción de la presión un material termoplástico a través de un orificio con forma más o menos compleja (hilera), de manera tal, y continua, que el material adquiera una sección transversal igual a la del orificio. En la extrusión de termoplásticos el proceso no es tan simple, ya que durante el mismo, el polímero se funde dentro de un cilindro y posteriormente, enfriado en una calandria, Este proceso de extrusión tiene por objetivos, proceso que es normalmente continuo, usarse para la producción de perfiles, tubos, películas plásticas, hojas plásticas, etc.

Ventajas y restricciones: Presenta alta productividad y es el proceso más

importantes de obtención de formas plásticas en volumen de producción. Su operación

es de las más sencillas, ya que una vez establecidas las condiciones de operación es de

las más sencillas, ya que una vez establecidas las condiciones de operación, la

producción continúa sin problemas siempre y cuando no exista un disturbio mayor. El

costo de la maquinaria de extrusión es moderado, en comparación con otros procesos

como inyección, soplado o Calandrado, y con una buena flexibilidad para cambios de

productos sin necesidad de hacer inversiones mayores.

La restricción principal es que los productos obtenidos por extracción deben tener una

sección transversal constante en cualquier punto de su longitud (tubo, lámina) o

periódica (tubería corrugada); quedan excluidos todos aquellos con formas irregulares

o no uniformes. La mayor parte de los productos obtenidos de una línea de extrusión

requieren de procesos posteriores con el fin de habilitar adecuadamente el artículo,

como en el caso del sellado y cortado, para la obtención de bolsas a partir de película

tubular o la formación de la unión o socket en el caso de tubería.

Descripción del Proceso: Dentro del proceso de extrusión, varias partes debe

identificarse con el fin de aprender sus funciones principales, saber sus características

en el caso de elegir un equipo y detectar en donde se puede generar un problema en el

momento de la operación.

La extrusión, por su versatilidad y amplia aplicación, suele dividirse en varios tipos,

dependiendo de la forma del dado y del producto eximido.

Así la extrusión puede ser:

De tubo y perfil

De película tubular

De lámina y película plana

Recubrimiento de cable

De Monofilamento

Para pelletización y fabricación de compuestos

Descripción del equipo

Tolva: La tolva es el depósito de materia prima en donde se colocan los pellets de

material plástico para la alimentación continua del extrusor.

Debe tener dimensiones adecuadas para ser completamente funcional; los diseños mal

planeados, principalmente en los ángulos de bajada de material, pueden provocar

estancamientos de material y paros en la producción.

En materiales que se compactan fácilmente, una tolva con sistema vibratorio puede

resolver el problema, rompiendo los puentes de material formados y permitiendo la

caída del material a la garganta de alimentación.

Si el material a procesar es problemático aún con la tolva con sistema vibratorio puede

resolver el problema, rompiendo puentes de material formados y permitiendo la caída

del material a la garganta de alimentación.

Barril o Cañón: Es un cilindro metálico que aloja al husillo y constituye el cuerpo

principal de una máquina de extrusión, conforma, junto con el tornillo de extrusión, la

cámara de fusión y bombeo de la extrusora. En pocas palabras es la carcaza que

envuelve al tornillo. El barril debe tener una compatibilidad y resistencia al material

que esté procesando, es decir, ser de un metal con la dureza necesaria para reducir al

mínimo cualquier desgaste.

Husillo: es la pieza que en el alto grado determina el éxito de una operación de

extrusión. Con base al diagrama, se describen a continuación las dimensiones

fundamentales para un husillo y que, en los diferentes diseños, varían en función de las

propiedades de flujo de polímero fundido que se espera de la extrusora.

Cilindros con Zonas Acanaladas: Son cilindros de extrusión que poseen una

superficie interna con canales de formas específicas. Zonas acanaladas ubicadas en la

etapa de alimentación de los cilindros de extrusión, suelen ser utilizadas para favorecer

el procesamiento de resinas de bajo coeficiente de fricción. El caudal se hace tanto

mayor cuanto mayor sea el coeficiente de rozamiento del sólido con la carcasa con

respecto al del sólido con el eje del tornillo. Por ello las carcasas de las extrusoras en la

sección de alimentación suelen “rasurarse” según las generatrices del cilindro.

Sección transversal de las zonas de alimentación acanaladas

Control de la temperatura en los cilindros: Sistema de calentamiento del cilindro:

El calentamiento del cilindro se produce, casi exclusivamente, mediante resistencias

eléctricas.

El sistema de calentamiento de la extrusora es responsable de suministrar entre un 20-

30% del calor necesario para fundir la resina. Para suministrar el calor requerido, el

calentamiento suele ser de 25 a 50 vatios/in2 (38750 a 77500 W/m2).

Sistema de enfriamiento del cilindro: Aunque pueda lucir contradictorio, cada zona

de calentamiento del tornillo de la extrusora está acompañada, en la mayor parte de

los equipos comerciales, de un ventilador el cual permite el control de la temperatura

eliminando calor de la extrusora mediante el flujo de aire sobre la superficie requerida.

Los ventiladores son accionados por controladores de temperatura que comandan la

operación de los calefactores eléctricos. Los ventiladores entran en operación cuando

la temperatura de una zona supera el punto prefijado, por efecto de:

a.- La transferencia excesiva de calor por parte de la resistencia (Ej.- Durante el

arranque de la máquina).

b.- La generación excesiva de calor por parte de los elementos de mezclado presentes

en el tornillo de la extrusora.

La temperatura de extrusión sólo puede ser controlada de manera precisa mediante la

acción combinada de las bandas de calentamiento eléctrico y los ventiladores de cada

zona.

El Motor: El motor de la extrusora es el componente del equipo responsable de

suministrar la energía necesaria para producir: la alimentación de la resina, parte de su

fusión (70 a 80%), su transporte y el bombeo a través del cabezal y la boquilla.

El Cabezal: El componente de la línea denominado cabezal, es el responsable de

conformar o proporcionar la forma del extrudado.

De forma detallada, los principales componentes de un cabezal para la extrusión son:

Plato rompedor y filtros: Constituyen el punto de transición entre la extrusora y el

cabezal. A estos componentes les corresponde una parte importante de la calidad del

material extrudado. El plato rompedor es el primer elemento del cabezal destinado a

romper con el patrón de flujo en espiral que el tornillo imparte; mientras que la función

de los filtros es la de eliminar del extrudado partículas y/o grumos provenientes de

impurezas, carbonización, pigmentos y/o aditivos, etc.

Boquilla: La boquilla de extrusión es el componente del cabezal encargado de la

conformación final del extrudado. Se debe velar por que el polímero fluya, con volumen

y velocidad de flujo uniforme, alrededor de toda la circunferencia de la boquilla, de

manera de lograr espesores uniformes.

Alabes o Filetes o Paleta Pistón: Los alabes o filetes, que recorren el husillo de un

extremo al otro, son los verdaderos impulsores del material a través del extrusor. Las

dimensiones y formas que éstos tengan, determinará el tipo de material que se pueda

procesar y la calidad de mezclado de la masa al salir del equipo.

En un tornillo de extrusión se pueden distinguir tres zonas características: zona de

alimentación, zona de compresión y la zona de dosificación

Zona de Alimentación: En esta parte, los filetes (distancia entre el extremo del filete y

la parte central o raíz del husillo) son muy pronunciados con el objeto de transportar

una gran cantidad de material al interior del extrusor, aceptado el material sin fundir y

aire que está atrapado entre el material sólido.

Zona de compresión: los filetes del tornillo decrecen gradualmente (compactación) y se

expulsa el aire atrapado entre los pellets. Cumple la función de fundir y homogenizar el

material

Zona de dosificación: Ejerce presión sobre el material para dosificarlo hacia el cabezal

y garantiza que el material salga de la extrusora homogéneo, a la misma temperatura

y presión

EXTRUSION DE MATERIALES PLASTICOS II

Es un proceso por compresión en el cual se fuerza al material a fluir a través del orificio de un dado para generar un producto largo y continuo cuya forma de la sección transversal queda determinada por la forma de la boquilla Dentro de la conformación de polímeros, la extrusión se usa ampliamente con termoplásticos y elastómeros, pero rara vez con  termofijos, para producir masivamente artículos como tubos, ductos, láminas, películas, recubrimientos de alambres y cables eléctricos, perfiles estructurales como molduras de ventanas y puertas.

Para este tipo de productos, la extrusión se lleva a cabo con un proceso continuo; el producto se extruye y se corta inmediatamente en las longitudes deseadas

Dos son los métodos de extrusión utilizados industrialmente: a) el moldeo por extrusión en húmedo y b) el moldeo por extrusión en seco, continuo o caliente.La extrusión en húmedo la practican solamente un número reducido de firmas, limitado a  los compuestos de nitrocelulosa. La nitrocelulosa humedecida con alcohol se coloca en  una mezcladora de acero junto con el disolvente y un plastificante; se pueden añadir color y pigmento, mezclando el conjunto hasta obtener una masa homogénea. El material se cuela, se seca al vacío para recuperar una parte del disolvente y, finalmente se amasa en cilindros diferenciales. El material plástico se muele hasta que adquiera una consistencia semejante a la de jalea para ser moldeado por extrusión hidráulicamente, formando varillas y tubos, o también en una forma más dura que se pueda cortar en tiras para la máquina de extrusión del tipo de tornillo.

El moldeo por extrusión en seco, continuo o caliente, utiliza polvos de moldeo

termoplástico y máquinas de extrusión relativamente pequeñas, de un modelo usado

antes para otros materiales, principalmente el caucho. Muchas de las distintas etapas

de éste procedimiento están sujetas a regulación, ésta forma de extrusión no está

normalizada

DEFECTOS GENERADOS EN EL PROCESO DE EXTRUSIÓN

Los productos de extrusión pueden sufrir numerosos defectos. Uno de los peores es la fractura de fusión, en la cual los esfuerzos que actúan sobre la fusión inmediatamente antes y durante el flujo, a través del dado, son tan altos que causan rupturas que originan una superficie altamente irregular.

Como se indica en la figura siguiente, la fractura de fusión puede ser causada por una aguda reducción en la entrada del dado que causan un flujo turbulento y rompe la fusión. Esto contrasta con el flujo laminar uniforme en el dado gradualmente convergente.

Fractura de la fusión, causada por flujo turbulento en la fusión a través deuna aguda reducción a la entrada del dado

Un defecto muy común en extrusión es la piel de tiburón, en la cual la superficie del  producto se arruga al salir del dado. Conforme la fusión atraviesa la abertura del dado, la fricción con la pared produce un perfil diferencial de velocidades a través de la sección transversal, lo que se puede observar en la figura siguiente. Esto ocasiona esfuerzos tensiles en la superficie del material que se estira para igualar el movimiento más rápido del núcleo central. Estos esfuerzos causan rupturas menores que arrugan la superficie.Si el gradiente de velocidad se vuelve más grande, se forman marcas prominentes en la superficie que dan la apariencia de un tallo de bambú, que es el nombre como se conoce a este defecto más severo.

Perfil de velocidades de la fusión al fluir a través de la abertura del dado, elcual puede conducir el defecto llamado piel de tiburón

 Formación del tallo de bambú

Contracción del material

Las irregularidades en la pared de la máquina extrusora pueden crear tensiones en la pieza moldeada. Las zonas gruesas tardan más en enfriarse que las delgadas y pueden causar rechupados, así como contracción diferencial en los plásticos cristalinos. Por regla general los plásticos cristalinos moldeados por inyección tienen una alta contracción, mientras que los amorfos se contraen menos.Se debe ejercer una presión para introducir el material por las zonas más estrechas, hecho al que se suma el problema de la contracción del material. Los polietilenos, los poliacetales,  las  poliamidas,  los  polipropilenos  y  algunos polivinilos  se  contraen  de  0.50  a  0.76  mm  tras  el  moldeo.  Los  moldes  para éstos plásticos cristalinos y éstos amorfos  deben  dar  cabida  a la contracción del material

MÁQUINA EXTRUSORA DE TORNILLO SIMPLE

Características principales

El polímero se alimenta en forma de gránulos, escamas o polvo. El material se calienta a medida que avanza a lo largo del tornillo y se transforma en un fluido muy viscoso hacia la parte media del tornillo.

El movimiento del tornillo genera sobre el fluido la presión necesaria para hacerle salir por la boquilla, en donde toma la forma deseada. Al salir de la boquilla el perfil extruido es enfriado, cortado o enrollado y almacenado.

A los extrusores alimentados con polímeros sólidos se los llama “extrusores plastificadores”, los cuales realizan las tres operaciones siguientes: transporte de sólidos, fusión o plastificación del polímero y, finalmente, el bombeo o dosificación del polímero fundido.

En extrusores de husillo simple, el polímero atraviesa 3 estados físicos: sólido, mezcla  de  material sólido con masa caliente y en el extremo del cabezal se transforma en material fundido.

Para que la zona de bombeo se llene totalmente con la fundición el volumen de la zona de transporte de sólidos debe ser mayor que el de la zona de bombeo. Este  requisito se dicta por la diferencia entre el peso del material a granel (densidad esponjada) y el peso específico (densidad verdadera) de la fundición.Para variar el volumen del canal se pueden tener 3 formas básicas del tornillo extrusor2:

2   Delmonte,  J.  Moldeo  de  Plásticos,  2da  edición,  Barcelona,  Editorial  José  Montesó,  1987,

449p.

a) Tornillo de diámetro constante, pero con paso variable entre anillos.

b) Tornillo con diámetro variable, estrechándose hacia la salida.

c) Tornillo con espacios uniformes entre anillos y diámetros gradualmente descendentes (tornillo cónico).

La relación entre el volumen del canal en el largo de la primera espira en la zona de carga y el valor al final de la zona dosificadora se llama coeficiente de compresión (i).

TRANSPORTE DE SÓLIDOS

El transporte de sólidos tiene lugar en la primera zona del tornillo extrusor plastificador. Debajo de la tolva de alimentación el tornillo actúa como un elemento transportador en donde las partículas sólidas del polímero por acción de la pared conductora del roscado se trasladan a cierta distancia conservando su forma en el sector dado, las partículas individuales, idealmente siguen trayectorias rectas y paralelas al eje de tornillo.

ZONA DE PLASTIFICACIÓN

Es una zona en la cual coexisten polímero sólido y polímero fundido. La fusión del  polímero es gradual. Los gránulos sólidos alimentados por la tolva se mueven hacia la boquilla atravesando primero la zona de transporte.En cierto punto de ésta zona, los gránulos sólidos del polímero tocan la superficie  caliente del cilindro, funden y forman una película de polímero fundido sobre la superficie del cilindro (fig. 1); durante ésta etapa del proceso la transferencia de calor es lenta, ya que la masa sólida porosa situada debajo de la película fundida ofrece un pobre paso para el flujo de calor.

Fig. 1 Mecanismo de fusión en el canal del tornillo

Donde:x: ancho de la capa sólida

w: ancho del canal

h: altura del filete

d: holgura radial

La superficie del cilindro se mueve respecto al tornillo (y respecto a la capa sólida) con lo que se crea un gradiente de velocidad en la película fundida situada entre la capa sólida y la superficie del cilindro. Así el polímero fundido en la película comienza a fluir hacia el filete que avanza y cuando lo encuentre, éste barre el fundido y lo separa del cilindro. (fig. 1 b).

El polímero fundido se acumula en un pozo situado en la parte posterior del canal delante del filete que avanza. A medida que la capa sólida se desliza por el canal se va acumulando más material fundido en dicho pozo, el tamaño de éste aumenta, mientras que el ancho de la capa sólida va disminuyendo (fig.1 c)

Las partículas sin fundir son arrastradas por este flujo, se encuentran rodeadas de material fundido y caliente y funden con mayor rapidez. La transmisión de calor entre cilindro y fundido es buena debido al movimiento del fluido; una vez que se ha alcanzado éste estado, la fusión tiene lugar rápidamente.

La existencia de la capa sólida en forma de larga pieza helicoidal explica también la eliminación del aire atrapado entre las partículas. A medida que la capa sólida funde gradualmente en la interfase hay tiempo suficiente para que el aire atrapado entre las partículas escape hacia el exterior vía la tolva de alimentación del extrusor y el desgasificador.

ZONA DE BOMBEO

Conocida también como “zona de dosificación” es la zona en la cual, al flujo de material fundido se le pueden aplicar las leyes hidrodinámicas para líquidos viscosos.

El estudio se simplifica considerando tres tipos de flujos, estos son: el directo y el  inverso o de retroceso a lo largo del canal helicoidal del husillo, y el correspondiente a las fugas de la masa que tienen lugar a través del ajuste entre las crestas de los filetes del husillo y la superficie interior del cilindro.

El flujo directo o flujo de fricción, es debido al rozamiento del material con el tornillo y con las paredes del cilindro. Este material está sometido a deformaciones por

cizallamiento que las paredes del  canal helicoidal transforman en movimiento de avance hacia la boquilla.

El caudal volumétrico del flujo directo viene determinado fundamentalmente por la profundidad y anchura del canal, diámetro del husillo y su velocidad de giro.

El flujo de retroceso, opuesto al anterior, es debido a la presión originada en la cabeza de la máquina extrusora, esta presión es generada por la presencia de una restricción, tal como la boquilla y los platos rompedores. Este flujo depende de la profundidad del canal helicoidal, del diámetro del tornillo, de la longitud  del  tornillo  de extrusión, de la presión ejercida por la masa fundida sobre la cabeza extrusionadora y de la viscosidad del polímero.

El flujo de pérdidas, también opuesto al flujo de fricción, es creado por el gradiente de presión a lo largo del tornillo. El flujo total está dado la suma algebraica de los tres flujos anteriores:

QTOTAL   = QFRICCIÓN   - QRETROCESO   - QPÉRDIDAS

Si solamente existiera el flujo de fricción debido a que el material fundido en los canales del tornillo se adhiere a las paredes internas del cilindro y al propio tornillo en rotación, el perfil de velocidades sería aproximadamente lineal:

Flujo de fricción

El flujo de retroceso se origina por el gradiente de presión a lo largo del cilindro, este tiende a hacer fluir el material hacia atrás a lo largo del canal del tornillo.El perfil de velocidades debido a este gradiente de presión se muestra en la figura siguiente, donde se observa que se opone al flujo de fricción.

Flujo de retroceso

El flujo de pérdidas lo despreciamos por ser mucho menor a los anteriores. Sumando algebraicamente los dos perfiles anteriores, obtenemos el flujo total del material a lo largo del tornillo:

Flujo total

Componentes

En las figuras 2 y 3 se muestran prensas extrusoras de tornillo simple típicas. A pesar de que con la instrumentación informatizada se ha perfeccionado el control del proceso, el diseño básico de las extrusoras de un solo tornillo no ha cambiado durante décadas. La medida de referencia de una máquina extrusora es el diámetro del tornillo, que en las máquinas pequeñas es de 19 mm y en las grandes de 300 mm. Las máquinas corrientes tienen un tamaño de 64 a 76 mm.Fig. 2 Sección transversal de una prensa extrusora típica, con la boquilla hacia abajo

Fig. 3 Extrusora, con indicación de sus elementos

Además de por el diámetro del tornillo, las máquinas extrusoras se valoran en el mercado por la cantidad de material que pueden plastificar por minuto o por hora.La capacidad de extrusión en el caso del polietileno de baja densidad puede oscilar entre menos de 2 kg y más de 5000 kg por hora.

Los tornillos se caracterizan por su relación L/D, de manera que una proporción 20:1 significa un diámetro de 50 mm y 1000 mm de longitud. Los tornillos cortos

que tienen, por ejemplo, una relación L/D de 16:1, suelen ser apropiados para extruir perfiles; en cambio, los largos, de hasta 40:1, mezclan mejor los materiales. En la figura siguiente se muestran algunos diseños de tornillos. 

 Fig. 4 Tornillos de extrusora típicos

La profundidad de canal del tornillo es muy pronunciada en la zona de alimentación para permitir su paso entre las granzas o pelets y otras formas de material y disminuye según se acerca a la zona de transición. De esta forma la reducción continúa, gracias a lo cual se favorece la expulsión del aire y la compactación del material (Fig. 4 a). En la zona de dosificación, el dibujo en espiral superficial permite que se complete el fundido de los plásticos. En el extremo del tambor, una  placa rompedora actúa como sello mecánico entre el tambor y la boquilla. Al mismo tiempo, la placa rompedora mantiene el paquete de filtros en la posición correcta.  Varios tamices juntos se denominan paquete de filtro y sirven para eliminar trozos de material extraño. Cuando se obturan los filtros, aumenta la contrapresión.

La mayoría de las extrusoras están equipadas con un intercambiador de filtros.El más típico consiste en una placa que se desplaza de un lado a otro. Al colocar un paquete de filtros en posición quedan expuestos los tamices contaminados.Entonces, se retiran los tamices sucios y se instalan otros nuevos, de manera que el intercambiador queda preparado. Algunas máquinas están equipadas con una cinta continua de filtro (a veces giratoria) que se puede controlar automáticamente para mantener una presión de cabezal constante con independencia de los distintos niveles de contaminación del polímero y otras condiciones de la velocidad de flujo. Hoy por hoy, existen sistemas de filtros auto-limpiantes, que permiten un proceso continuo sin cambio de filtros o una mayor duración de los mismos.

Después de pasar por la placa rompedora y los filtros, el plástico fundido entra en la boquilla que es realmente la que conforma el plástico derretido a medida que va saliendo de la extrusora. La boquilla más simple es la que consiste en un solo ramal, por donde se extruye un hilo algo más grande que el diámetro de la boquilla.  Las que constan de varios ramales crean varios hilos simultáneamente.

Pueden estar hechas de acero suave, aunque para series largas conviene que sean de acero de cromo-molibdeno. Con los materiales corrosivos se utilizan aleaciones inoxidables.

Se emplean radiadores eléctricos alrededor del cilindro para favorecer el fundido del plástico. Una vez que la extrusora haya combinado, mezclado y forzado el material por la boquilla, el calor de rozamiento producido por la acción del tornillo será suficiente para plastificar parcialmente el material. Se utilizan calefactores externos para mantener fija la temperatura una vez iniciado el proceso.

De acuerdo a las zonas por las que atraviesa el material, se tienen los siguientes componentes:

 Componentes principales de una extrusora

 

Zonas por las que atraviesa el material

Tolva (hopper). Puede disponer de sistema de calefacción y/o secado para materiales higroscópicos.

1. Zona de alimentación (feed zone): husillo cilíndrico. Se produce el transporte del material y se precalienta por el rozamiento entre granos.

2. Zona de compresión o plastificación (compression zone): husillo troncocónico. La altura de los filetes del husillo se reduce progresivamente para compactar el material y expulsar el aire atrapado hacia la zona de alimentación.

3. Zona de dosificación o bombeo (metering zone): husillo cilíndrico.

-Plato rompedor (breaker plate): placas perforadas + tamices metálicos.

-Boquilla o hilera (die): contiene torpedo para perfiles huecos

INYECCION DE MATERIALES PLASTICOS I

IntroducciónLa inyección de termoplásticos es un proceso físico y reversible, en el que se funde una materia prima llamada termoplástico, por el efecto del calor, en una máquina llamada inyectora. Esta máquina con el termoplástico en estado fundido, lo inyecta, dentro de las cavidades huecas de un molde, con una determinada presión, velocidad y temperatura. Transcurrido un cierto tiempo, el plástico fundido en el molde, va perdiendo su calor y volviéndose sólido, copiando las formas de las partes huecas del molde donde ha estado alojado. El resultado es un trozo de plástico sólido, pero con las formas y dimensiones similares a las partes huecas del molde. A este termoplástico solidificado le llamamos inyectada.

¿Por que decimos que la inyección de termoplásticos es un proceso físico y reversible? Físico, por que no existe variación en la composición química del termoplástico, en todo el proceso. Reversible, por que el termoplástico después del  proceso tiene las mismas características que al principio. O sea, podríamos triturar la pieza y repetir el proceso con ese material.

El Ciclo de Inyección

El proceso de obtención de una pieza de plástico por inyección, sigue un orden de operaciones que se repite para cada una de las piezas. Este orden, conocido como ciclo de inyección, se puede dividir en las siguientes seis etapas:

1. Se cierra el molde vacío, mientras se tiene lista la cantidad de material fundido para inyectar dentro del barril. El molde se cierra en tres pasos: primero con alta velocidad y baja presión, luego se disminuye la velocidad y se mantiene la baja presión hasta que las dos partes del molde hacen contacto, finalmente se aplica la presión necesaria para alcanzar la fuerza de cierre requerida.

Cierre del molde e inicio de la inyección

2. El tornillo inyecta el material, actuando como pistón, sin girar, forzando el material a pasar a través de la boquilla hacia las cavidades del molde con una determinada presión de inyección.

Inyección del material

3. Al terminar de inyectar el material, se mantiene el tornillo adelante aplicando una presión de sostenimiento antes de que se solidifique, con el fin de contrarrestar la contracción de la pieza durante el enfriamiento. La presión de sostenimiento, usualmente, es menor que la de inyección y se mantiene hasta que la pieza comienza a solidificarse.

Aplicación de la presión de sostenimiento

4. El tornillo gira haciendo circular los gránulos de plástico desde la tolva y plastificándolos. El material fundido es suministrado hacia la parte delantera del tornillo, donde se desarrolla una presión contra la boquilla cerrada, obligando al tornillo a retroceder hasta que se acumula el material requerido para la inyección.

Plastificación del material

5. El material dentro del molde se continúa enfriando en donde el calor es disipado por el fluido refrigerante. Una vez terminado el tiempo de enfriamiento, la parte móvil del molde se abre y la pieza es extraída.

Enfriamiento y extracción de la pieza

6. El molde cierra y se reinicia el ciclo

Partes de una inyectora

Unidad de plastificación.La unidad de inyección realiza las funciones de cargar y plastificar el material sólido mediante el giro del tornillo, mover el tornillo axialmente para inyectar el material plastificado hacia las cavidades del molde y mantenerlo bajo presión hasta que sea expulsado. El tornillo tiene una acción reciprocante además de girar para fundir el plástico, se mueve de manera axial para actuar como pistón durante el proceso de inyección

La unidad de inyección consta de un barril (o cañón) de acero capaz de soportar altas presiones, este cilindro va cubierto por bandas calefactores para calentar y ayudar a fundir el material mientras avanza por el tornillo. Consta además de una unidad hidráulica que es la que transmite el movimiento lineal al husillo en el proceso de inyección. Algunas máquinas tienen 2 unidades hidráulicas, una para la inyección y otra para el cierre.

Típica unidad de plastificación

Tolva de alimentación.Las partículas sólidas de la resina en forma de gránulos, se depositan en la tolva de alimentación de la máquina, esta tolva normalmente está conectada a algún equipo periférico o auxiliar que proporciona las condiciones especificadas por el fabricante de la resina para obtener los óptimos resultados de procesamiento

Husillos.El calentamiento del tornillo se hace por zonas y el número de zonas dependerá del tamaño del cañón, normalmente se dividen 3. Dentro del barril se encuentra un tornillo de material muy duro, el cual generalmente está pulido y cromado para facilitar el movimiento del material sobre su superficie. El tornillo se encarga de

recibir el plástico, fundirlo, mezclarlo y alimentarlo en la parte delantera hasta que se junta la cantidad suficiente para luego inyectarlo hacia el molde.

Zonas del tornillo reciprocante.

Barril de inyección.El barril es un cilindro hueco de acero aleado capaz de soportar grandes presiones y temperaturas internas provocadas por la fricción de los gránulos y el husillo. Los barriles de moldeo por inyección son relativamente cortos

Boquilla y punta de inyección.La boquilla es la punta de la unidad de plastificación y provee una conexión a prueba de derrames del barril al molde de inyección con una pérdida mínima de presión. La punta alinea la boquilla y el anillo de retención

En general hay tres tipos de boquillas:

Boquilla de canales abiertos. Este es el tipo más común de diseño, ya que no se coloca ninguna válvula mecánica entre el barril y el molde. Esto permite la boquilla más corta y no se interrumpe el flujo del polímero fundido.

Boquillas con interrupción interna. Estas se mantienen cerradas mediante un resorte que puede ser interno o externo. Se abren por la presión de la inyección del plástico.

Boquillas con interrupción externa. Se operan por medios externos, ya sean pistones hidráulicos o neumáticos.

Con ambos sistemas de interrupción las boquillas son más largas que las boquillas de canal abierto, eliminan los derrames y permiten la plastificación cuando la boquilla no está en contacto con el anillo de retención.

Unidad de cierre.La unidad de cierre tiene las siguientes funciones:

Soporta el molde. Lo mantiene cerrado durante la inyección. Lo abre y lo cierra tan rápidamente como es posible. Produce la expulsión de la pieza. Brinda protección al cerrado del molde

INYECCION DE MATERIALES PLASTICOS II

Proceso de inyección.La inyección, es un proceso adecuado para piezas de gran consumo. La materia prima se puede transformar en un producto acabado en un solo paso. Con la inyección se pueden obtener piezas de variado peso y con geometrías complicadas. Para la economía del proceso es decisivo el número de piezas por unidad de tiempo (producción).

Las características más importantes del proceso de inyección son las siguientes:• La pieza se obtiene en una sola etapa.• Se necesita poco o ningún trabajo final sobre la pieza obtenida.• El proceso es totalmente automatizable.• Las condiciones de fabricación son fácilmente reproducibles.• Las piezas acabadas son de una gran calidad.

Para el caso de la inyección de plásticos, se han de tener en cuenta las siguientes restricciones:• Dimensiones de la pieza. Tendrán que ser reproducibles y de acuerdo a unos valores determinados, lo que implicará minimizar las contracciones de la misma.

• Propiedades mecánicas. La pieza deberá resistir las condiciones de uso a las que esté destinada durante un tiempo de vida largo.

• Peso de la pieza. Es de gran importancia, sobre todo, porque está relacionada con las propiedades de ella.

• Tiempo de ciclo. Para aumentar la producción será necesario minimizar, en lo posible, el tiempo de ciclo de cada pieza.

• Consumo energético. Una disminución del consumo energético implicará un menor coste de producción.

Etapas del proceso de inyección.El proceso de obtención de una pieza de plástico por inyección, sigue un orden de operaciones que se repite para cada una de las piezas. Este orden, conocido como ciclo de inyección, se puede dividir en las siguientes etapasa)Cierre del molde.b)Inyección: 1) Fase de llenado y 2) Fase de mantenimiento.c)Plastificación o dosificación y enfriamientod)Apertura del molde y expulsión de la pieza.

Etapas del proceso de inyección.

• Cierre del molde.Con el cierre del molde se inicia el ciclo, preparándolo para recibir la inyección del material fundido. En esta fase se aplica la tuerza de cierre, que es aquella que hace la máquina para mantener cerrado el molde durante la inyección. Depende de la superficie proyectada de la pieza y de la presión real (presión específica), que se tiene en la cavidad del molde.

• Inyección.En esta etapa se producen dos fases: fase de llenado y fase de mantenimiento.

• Fase de llenado.Una vez cerrado el molde y aplicada la fuerza de cierre, se inicia la fase de llenado del molde (inyección). El husillo de la unidad de inyección inyecta el material fundido, dentro del molde y a una presión elevada; al inyectar, el husillo avanza sin rotación. La duración de esta etapa puede ser de décimas de segundo hasta varios segundos, dependiendo de la cantidad de material a inyectar y de las características del proceso.La finalidad de esta fase es llenar el molde con una cantidad suficiente de material. En la inyección son muy importantes las siguientes variables:• Velocidad de inyección.• Presión de inyección.• Temperatura del material

Plastificación o dosificación.Después de aplicar la presión de mantenimiento, comienza a girar el husillo; de forma que el material va pasando progresivamente de la tolva de alimentación a la cámara de inyección, homogeneizándose tanto su temperatura como su grado de mezcla. Esta fase se realiza en forma paralela a la etapa de enfriamiento, acelerando así el tiempo total de ciclo. A medida que el husillo va transportando el material hacia delante, éste sufre un retroceso debido a la acumulación que se produce en la zona delantera. El retroceso del husillo finaliza cuando éste ha

llegado a una posición definida con anterioridad. En este momento ya está todo preparado para poder inyectar la siguiente pieza. En la etapa de plastificación también intervienen otros factores importantes como:• La velocidad de giro del husillo.• La contrapresión.• La succión

Apertura del molde y expulsión de la pieza.Cuando se considera que el material de la pieza ha alcanzado la temperatura denominada de extracción, el molde se abre y se expulsa la pieza de su interior para reiniciar el ciclo de inyección.

• Enfriamiento.Esta fase comienza simultáneamente con la de llenado (inyección), dado que el materia empieza a enfriarse tan pronto y toca la pared del molde. Finaliza cuando la pieza alcanza la temperatura adecuada para su extracción. De esta forma, esta fase del ciclo se solapa con las anteriores. En ocasiones es necesario esperar un tiempo, entre la etapa de plastificación y la de apertura de molde, para que se produzca el enfriamiento requerido de la pieza. El objetivo de ello es conseguir una consistencia tal, que impida su deformación al ser expulsada. Las variables que más afecta en esta fase es la temperatura de molde

El enfriamiento es más lento hacia el centro de la pieza ya que los plásticos son poco conductores del calor

Defectos más comunes.El moldeo por inyección es un proceso complicado y puede fallar muchas cosas. Algunos defectos comunes en las partes moldeadas por inyección son los siguientes:

1 Rechupes y vacuolas.2. Zona mate cerca del punto de colada.3. Estrías (estrías quemadas, estrías de oxidación, vetas en el material).4. Pulido no uniforme.5. Líneas de flujo.6. Jetting (efecto chorro).7. Efecto Diesel (áreas quemadas por concentración de gases).8. Delaminación en capas (pieles).9. Efecto stick-slip (irisados circulares ó micro alas).10. Grietas o microgrietas.11. Grietas de tensiones.12. Falta de llenado completo de la pieza

MOLDEO POR INYECCIÓN

Proceso semicontinuo que consiste en inyectar un polímero en estado fundido (o ahulado) en un molde cerrado a presión y frío, a través de un orificio pequeño llamado compuerta. En ese molde el material se solidifica, comenzando a cristalizar en polímeros semicristalinos. La pieza o parte final se obtiene al abrir el molde y sacar de la cavidad la pieza moldeada.

MOLDEO POR EXTRUSIÓN

Proceso industrial, basado en el mismo principio de la extrusión general, sin embargo la ingeniería de polímeros ha desarrollado parámetros específicos para el plástico, de manera que se estudia este proceso aparte de la extrusión de metales u otros materiales.El polímero fundido (o en estado ahulado) es forzado a pasar a través de un Dado también llamado boquilla, por medio del empuje generado por la acción giratoria de un husillo (tornillo de Arquímedes) que gira concéntricamente en una cámara a temperaturas controladas llamada cañón, con una separación milimétrica entre ambos elementos. El material polimérico es alimentado por medio de una tolva en un extremo de la máquina y debido a la acción de empuje se funde, fluye y mezcla en el cañón y se obtiene por el otro lado con un perfil geométrico prestablecido.Técnica de moldeado para planchas finas de plástico mediante precalentamiento del material y generación de vacío que produce una succión del material. Por este efecto, el plástico adquiere los contornos del molde.