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PROCESOS DE CONFORMADO PARA PLÁSTICOSCONTENIDO DEL CAPÍTULO13.1 Propiedades de los polímeros fundidos13.2 Extrusión13.2.1 ...
Los plásticos pueden conformarse en una variedad amplia de productos, talescomo piezas moldeadas, secciones extruidas, pel...
la fuerza cortante que se experimenta durante el movimiento del fluidocon la tasa de deformación. La viscosidad es importa...
13.2 EXTRUSIÓNLa extrusión es uno de los procesos fundamentales para dar forma a losmetales y cerámicos, así como a los po...
Tan A = p/π DDondep ancho del tornilloEl avance del polímero a lo largo del barril lo hace llegar en última instancia a la...
Qb=πDdc3 sen2A / 12η (dp / dl)Qb= pπDdc3 sen2A / 12ηLQx= Qd−QbCaracterísticas del extrusor y del troquelSi la contrapresió...
Perfiles sólidosÉstos incluyen formas regulares: círculos, cuadrados y seccionestransversalestales como formas estructural...
Un defecto más común de la extrusión es la piel de tiburón, en la que lasuperficie del producto se arruga al salir del tro...
Para lograr tasas altas de producción, debe integrarse al proceso de extrusiónun método eficiente de enfriamiento y captur...
13.4 PRODUCCIÓN DE FIBRAS Y FILAMENTOS (HILADO O HILANDERÍA)La aplicación más importante de las fibras y filamentos se da ...
13.6 MOLDEO POR INYECCIÓNEl moldeo por inyección es un proceso con el que se calienta un polímerohasta que alcanza un esta...
13.6.3 Máquinas de moldeo por inyecciónLas máquinas de moldeo por inyección difieren tanto en la unidad de inyeccióncomo e...
13.6.4 ContracciónLos polímeros tienen coeficientes de expansión térmica elevados, y durante elenfriamiento del plástico e...
su procesamiento. Uno de los procesos, en ocasiones llamado moldeo deespuma estructural, es apropiado que se estudie aquí ...
1) cargar la cantidad precisa del compuesto de moldeo, llamada carga, enlamitad inferior de un molde calentado2) juntar la...
El moldeo por sopladoEs un proceso en el que se utiliza presión del aire parainflar plástico suave dentro de la cavidad de...
1) se carga una cantidad predeterminada de polvode polímero en la cavidad deun molde deslizante.2) Después se calienta el ...
13.9 TermoformadoTermoformado al vacío El primer método fue el termoformado al vacío(llamado tan sólo formado al vacío, cu...
13.10 FUNDICIÓNEn la conformación de polímeros, la fundición involucra verter una resinalíquida a un molde, con el uso de ...
depende del espesor que se desea tenga la capa, se extrae el exceso delíquido del molde; luego se abre este para retirar l...
menos importante en esta forma), los procesos que se estudian aquí paradichos materiales son representativos de los que se...
13.12.2Plásticos extruidosEspesor de pared: En la sección transversal extruida es deseable unespesor uniformede la pared. ...
existen para las piezas. En la tabla 13.2 se listan las toleranciascomunes paralas dimensiones de piezas moldeadas con plá...
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  1. 1. PROCESOS DE CONFORMADO PARA PLÁSTICOSCONTENIDO DEL CAPÍTULO13.1 Propiedades de los polímeros fundidos13.2 Extrusión13.2.1 Proceso y equipo13.2.2 Análisis de la extrusión13.2.3 Configuraciones del troquel y productos extruidos13.2.4 Defectos de la extrusión13.3 Producción de hojas y película13.4 Producción de fibras y filamentos (hilado)13.5 Procesos de recubrimiento13.6 Moldeo por inyección13.6.1 Proceso y equipo13.6.2 El molde13.6.3 Máquinas de moldeo por inyección13.6.4 Contracción13.6.5 Defectos en el moldeo por inyección13.6.6 Otros procesos del moldeo por inyección13.7 Moldeo por compresión y transferencia13.7.1 Moldeo por compresión13.7.2 Moldeo por transferencia13.8 Moldeo por soplado y moldeo rotacional13.8.1 Moldeo por soplado13.8.2 Moldeo rotacional13.9 Termo formado13.10 Fundición13.11 Procesamiento y formado de espuma de polímero13.11.1 Procesos de espumado13.11.2 Procesos de conformado13.12 Consideraciones sobre el diseño del producto13.12.1 Consideraciones generales13.12.2 Plásticos extruidos13.12.3 Piezas moldeadas
  2. 2. Los plásticos pueden conformarse en una variedad amplia de productos, talescomo piezas moldeadas, secciones extruidas, películas y hojas, recubrimientospara aislar alambres eléctricos y fibras para textiles. Además, es frecuente quelos plásticos sean el ingrediente principal de otros materiales, como pinturas ybarnices, adhesivos y varios compuestos de matriz de polímero. En estecapítulo se estudian las tecnologías por las que estos productos reciben suforma, y se deja para capítulos posteriores el análisis de pinturas y barnices,adhesivos y compuestos. Muchos procesos para darles forma a los plásticos seadaptan a los cauchos y a los compuestos de matriz de polímero.Es posible identificar varias razones por las que los procesos para dar forma alos plásticos son importantes:La variedad de los procesos de formado y la facilidad con que seprocesan los polímeros permiten una diversidad casi ilimitada de formasgeométricas de las piezas por formar.Muchas piezas de plástico se forman por moldeo, que es un proceso deforma neta; por lo general no se necesita una conformación adicional.Aunque generalmente se requiere calentamiento para conformar losplásticos, se necesita menos energía que para los metales porque lastemperaturas de procesamiento son mucho menores.Debido a que en el procesamiento se emplean temperaturas menores, elmanejo del producto se simplifica durante la producción. Debido a quemuchos métodos para procesar plástico son operaciones de un solopaso (por ejemplo, moldeo), la cantidad de manejo del producto que serequiere se reduce de manera sustancial en comparación con losmetales.No se requiere dar a los plásticos acabados con pintura o recubrimientos(excepto en circunstancias inusuales)..Los procesos para dar forma a los plásticos se clasifican de acuerdo con laforma geométrica del producto resultante:1. productos extruidos continuos con sección transversalconstante distintade las hojas, películas y filamento2. hojas y películas continuas3. filamentos continuos (fibras)4. piezas moldeadas que son, sobre todo, sólidas5. piezas moldeadas huecas con paredes relativamente delgadas6. piezas discretas hechas de hojas y películas formadas7. fundidos8. productos de espuma13.1 PROPIEDADES DE LOS POLÍMEROS FUNDIDOSPara dar forma a un polímero termoplástico éste debe calentarse de modo quese suavice hasta adquirir la consistencia de un líquido. Esta forma se denominapolímero fundido, que tiene varias propiedades y características únicas, quese estudian en esta sección. Viscosidad Debido a su alto peso molecular, un polímero fundido es unfluido espeso con viscosidad elevada. Tal como se definió el término enla sección, la viscosidad es una propiedad de los fluidos que relaciona
  3. 3. la fuerza cortante que se experimenta durante el movimiento del fluidocon la tasa de deformación. La viscosidad es importante en elprocesamiento de polímeros porque la mayoría de métodos para darforma involucran el flujo del polímero fundido a través de canalespequeños o aberturas de troqueles.La relación entre la fuerza cortante y la deformación cortante es proporcional,con la viscosidad como constante de proporcionalidad:τ = η γ&,o bien , η= τγ&τ = k(γ&)n ViscoelasticidadOtra propiedad que poseen los polímeros fundidos esla viscoelasticidad.Esta propiedad se estudió en el contexto depolímeros sólidos, en la sección Sin embargo, también la tienen lospolímeros líquidos. Un buen ejemplo es la expansión del troquel en laextrusión, en la que el plástico caliente se expande conforme sale delaabertura del troquel.La expansión del troquel se mide con más facilidad para una seccióntransversal circular, por medio de la razón de expansión, que se define comors= D x Dd
  4. 4. 13.2 EXTRUSIÓNLa extrusión es uno de los procesos fundamentales para dar forma a losmetales y cerámicos, así como a los polímeros. La extrusión es un proceso decompresión en el que se fuerza al material a fluir a través de un orificiopracticado en un troquel a fin de obtener un producto largo y continuo, cuyasección transversal adquiere la forma determinada por la del orificio.13.2.1 Proceso y equipoEn la extrusión de polímeros, se alimenta material en forma de pellets o polvohacia dentro de un barril de extrusión, donde se calienta y funde y se le fuerzapara que fluya a través de la abertura de un troquel por medio de un tornillorotatorio.Componentes y características de un extrusor (de un solo tornillo) para plásticos y elastómeros.En el extremo del barril opuesto al troquel se localiza una tolva que contiene elmaterial que se alimenta. Los pellets se alimentan por gravedad al tornillorotatorio, cuya rosca mueve al material a lo largo del barril. Se utilizancalentadores eléctricos para fundir al inicio los pellets sólidos; después, lamezcla y el trabajo mecánico del material generaráncalor adicional, lo quemantiene fundido al material. En ciertos casos, se suministra calor suficiente através de la mezcla y acción cortante de modo que no se requiere calorexterno.En realidad, en ciertos casos el barril debe enfriarse desde el exterior a fin deimpedir el sobrecalentamiento del polímero.El material se hace avanzar a lo largo del barril hacia la abertura del troquel,por medio de la acción del tornillo extrusor, que gira a unas 60 rev/min. Eltornillo tiene varias funciones y se divide en secciones que son:1) sección de alimentación, en la que el material se mueve del puerto de latolva y recibe precalentamiento2) sección de compresión, en la que el polímero se transforma para adquirirconsistencia líquida, se extrae del fundido el aire atrapado entre los pellets y secomprime el material3) sección de medición, en la que se homogeniza al fundido y se generapresión suficiente para bombearlo a través de la abertura del troquel.
  5. 5. Tan A = p/π DDondep ancho del tornilloEl avance del polímero a lo largo del barril lo hace llegar en última instancia a lazonamuerta. Antes de llegar al troquel, el fundido pasa a través del paquete dela pantalla, unaserie de mallas de alambre sostenidas por una placa rígida(llamada placa rompedora) que contiene agujeros axiales pequeños. Elpaquete de la pantalla sirve para1) filtrar los contaminantes y grumos duros del fundido2) generar presión en la sección de medición3) forzar al flujo del polímero fundido y borrar de su “memoria” el movimientocircular impuesto por el tornillo.Lo que se ha descrito aquí es la máquina de extrusión de un solo tornillo.También debe mencionarse los extrusores de tornillos gemelos, ya queocupan un lugar importante en la industria. En estas máquinas, los tornillos sonparalelos y se encuentran lado a lado dentro del barril. Los extrusores detornillos gemelos parecen adaptarse en especial alPVC rígido, el cual es un polímero difícil de extruir, y a materiales que requierenuna mezcla mayor.13.2.2 Análisis de la extrusiónEn esta sección se desarrollan modelos matemáticos para describir, en formasimplificada, varios aspectos de la extrusión de polímeros.Flujo fundido en el extrusor Conforme el tornillo gira dentro del barril, elpolímero fundido se ve forzado a moverse hacia delante, en dirección deltroquel; el sistema opera en forma muy parecida a un tornillo de Arquímedes. Elmecanismo principal de transporte es el flujo por arrastre, que resulta de lafricción entre el líquido viscoso y las dos superficies opuestas que se muevenuna respecto de la otra; 1) el barril estacionario y 2) el canal del tornillogiratorio.Qd= 0.5υ dwυ = πDN cosAd = dcw = wc= (πDtanA −wf)cosAwc= π DtanA cosA = π D sen AQd= 0.5π 2D2Ndc sen A cosA
  6. 6. Qb=πDdc3 sen2A / 12η (dp / dl)Qb= pπDdc3 sen2A / 12ηLQx= Qd−QbCaracterísticas del extrusor y del troquelSi la contrapresión es igual a cero, de modo que el flujo fundido no tengarestricción en el extrusor, entonces el flujo sería igual al flujo por arrastreQddado por la ecuación. Dados los parámetros de diseño y operaciónGastos de extrusiónQmáx = 0.5π 2D2N dc senA cosA (13.14)Qx= Qd−Qb= 0, por lo tanto, Qd= Qbpmáx = 6πDNLη cot A dcQx= Ks pks= πDd413.2.3 Configuraciones del troquel y productos extruidosLa forma del orificio del troquel determina la forma de la sección transversal delextruido. Se puede enumerar los perfiles de troquel comunes y las formasextruidas correspondientes, como sigue:1) perfiles sólidos2) perfiles huecos, como tubos3) recubrimientos de alambre y cable4) hoja y película5) filamentos
  7. 7. Perfiles sólidosÉstos incluyen formas regulares: círculos, cuadrados y seccionestransversalestales como formas estructurales, molduras para puertas yventanas, y accesoriospara automóviles y viviendas. La sección trasversal de lavista lateral de un troquel paraestas formas sólidas. Justo más allá del extremodel tornillo yantes del troquel, el polímero fundido pasa a través del paquete dela pantalla y la placarompedora para fortalecer las líneas de flujo. Despuésfluye hacia la entrada (por logeneral) convergente del troquel; la forma estádiseñada para mantener un flujo laminar yevitar puntos muertos en lasesquinas que de otro modo estarían presentes cerca del orificio.Perfiles huecos La extrusión de perfiles huecos, tales como tubos, tuberías,mangueras y otras secciones transversales que incluyen agujeros, requiere unmandril para obtener la forma hueca.Recubrimiento de alambre y cable El recubrimiento de alambre y cable paraaislarlos es uno de los procesos de extrusión de polímeros más importantes.Fractura del fundido En la que las tensiones que actúan sobre el fundidoinmediatamente antes y durante su paso a través del troquel son tan grandesque ocasionan una falla, que se manifiesta en forma de la superficie muyirregular del extruido.
  8. 8. Un defecto más común de la extrusión es la piel de tiburón, en la que lasuperficie del producto se arruga al salir del troquel. Conforme el fundido fluyea través de la abertura del troquel, la fricción en la interfaz ocasiona un perfil develocidad a través de la sección transversa.Los esfuerzos de tensión aparecen en la superficie al estirarse este materialpara estar a la par con el núcleo central que se mueve más rápido. Estosesfuerzos ocasionan rupturas menores que arrugan la superficie. Si elgradiente de velocidad se vuelve extremo, aparecen marcas prominentes en lasuperficie, lo que le da el aspecto de un tronco de bambú; de ahí el nombre debambú para este defecto más severo.13.3 PRODUCCIÓN DE HOJAS Y PELÍCULALas hojas (láminas) y películas de termoplástico se producen por medio devarios procesos; los más importantes son dos métodos que se basan en laextrusión.Todos los procesos que se estudian en esta sección son operaciones continuasde producción elevada. Más de la mitad de las películas que se producen hoydía son de polietileno, la mayor parte PE de baja densidad. Los demásmateriales principales son el polipropileno, cloruro de polivinilo y celulosaregenerada (celofán). Todos éstos son polímeros termoplásticos.Extrusión de hoja y película con troquel de rendija Se producen hojas ypelículas deespesores diversos por medio de extrusión convencional, con eluso de una rendija angostacomo abertura del troquel.
  9. 9. Para lograr tasas altas de producción, debe integrarse al proceso de extrusiónun método eficiente de enfriamiento y captura de la película. Por lo general,esto se hace dirigiendo de inmediato el material extruido hacia una tina de aguao hacia rodillos gélidos.Debido al método de enfriamiento que se usa en este proceso, se le conocecomo extrusión con rodillo frío.Proceso de extrusión de película soplada Éste es el otro proceso muy usadopara hacer película delgada de polietileno para empaque. Es un procesocomplejo que combina la extrusión y el soplado para producir un tubo depelícula delgada.Uso de a) inmersión súbita en agua o b) rodillos fríos, para lograr la solidificaciónrápida de la película fundida después de la extrusión.
  10. 10. 13.4 PRODUCCIÓN DE FIBRAS Y FILAMENTOS (HILADO O HILANDERÍA)La aplicación más importante de las fibras y filamentos se da en los textiles. Suuso como materiales de refuerzo de los plásticos (compuestos) es unaaplicación que va en aumento, pero aún es pequeña en comparación con lostextiles. Una fibra se define como una banda larga y delgada de material cuyalongitud es al menos 100 veces mayor que la dimensión de su seccióntransversal. Un filamento es una fibra de longitud continua.El hilado fundidose emplea cuando el polímero de inicio se procesa mejor sise calienta hasta fundirlo y se bombea a través de la hilera, en forma muyparecida a la extrusión convencional.En el hilado seco el polímero de inicio está en solución, y el solvente sesepara por evaporación. El extruido se jala a través de una cámara caliente queelimina el solvente; por otro lado, la secuencia es similar a la anterior. Lasfibras de acetato de celulosa y acrílico se producen con este proceso. En elhilado húmedo, el polímero también está en solución, sólo que el solvente noes volátil. Para separar al polímero, debe pasarse al extruido a través de unproducto químico líquido que coagula o precipita al polímero en coherentes queluego se colocan en bobinas.13.5 PROCESOS DE RECUBRIMIENTOEl recubrimiento con plástico (o caucho) involucra la aplicación de una capa delpolímero dado sobre un material que es el sustrato. Se observan trescategorías:1) Recubrimiento de alambre y cable2) recubrimiento plano, que involucra recubrir una película plana3) recubrimiento de contorno, que cubre un objeto tridimensional. Ya se estudióel recubrimiento de alambre y cable; se trata en lo básico de un proceso deextrusión
  11. 11. 13.6 MOLDEO POR INYECCIÓNEl moldeo por inyección es un proceso con el que se calienta un polímerohasta que alcanza un estado muy plástico y se le fuerza a que fluya a altapresión hacia la cavidad de un molde, donde se solidifica. Entonces, la piezamoldeada, llamada moldeo, se retira de la cavidad.El proceso produce componentes discretos que casi siempre son de formaneta. Es común que el ciclo de producción dure de 10 a 30 segundos, aunqueno son raros ciclos de un minuto o más. Asimismo, el molde puede contenermás de una cavidad, de modo que en cada ciclo se producen moldurasmúltiples13.6.1 Proceso y equipoLa unidad de sujeción se relaciona con la operación del molde. Sus funcionesson1) mantener las dos mitades del molde alineadas en forma correcta una conotra,2) mantener cerrado al molde durante la inyección, por medio de la aplicaciónde una fuerza que lo sujeta lo suficiente para resistir la fuerza de inyección3) abrir y cerrar el molde en los momentos apropiados del ciclo de inyección. Launidad de abrazadera consiste en dos placas, una fija y otra móvil, y unmecanismo para mover ésta.El mecanismo básicamente es una prensa de potencia que funciona por mediode un pistón hidráulico o dispositivos de palanca mecánica de varios tipos. Lasmáquinas grandes disponen de fuerzas de abrazadera de varios miles detoneladas.
  12. 12. 13.6.3 Máquinas de moldeo por inyecciónLas máquinas de moldeo por inyección difieren tanto en la unidad de inyeccióncomo en la de sujeción. En esta sección se estudia los tipos importantes de hoydía. El nombre de la máquina de moldeo por inyección por lo general se basaen el tipo de unidad inyectora que se emplea.Unidades de inyección En la actualidad son dos tipos de unidades deinyección los que más se utilizan.Unidades de sujeción Los diseños de sujeción son de tres tipos: de palanca,hidráulica e hidromecánica. La sujeción de palanca incluye varios diseños,uno de los cuales se ilustra
  13. 13. 13.6.4 ContracciónLos polímeros tienen coeficientes de expansión térmica elevados, y durante elenfriamiento del plástico en el molde ocurre una contracción significativa.Algunos termoplásticos sufren una contracción volumétrica de alrededor de10% después de la inyección en el molde. La contracción de plásticoscristalinos tiende a ser mayor que para los polímeros amorfos. La contracciónse expresa por lo general como la reducción en el tamaño lineal que ocurredurante el enfriamiento a temperatura ambiente a partir de la temperatura delmolde para el polímero dado. Por ello, las unidades apropiadas son mm/mm(in/in) de la dimensión en estudio..13.6.5 Defectos en el moldeo por inyecciónDisparos cortos: Igual que en el fundido, un disparo corto es un moldeo quese solidifica incrementa la temperatura y/o la presión. El defecto también surgepor el uso de una máquina con capacidad de disparo insuficiente, caso en elque es necesario un aparato más grande.Rebabas: Las salpicaduras ocurren cuando el polímero fundido se escurre porla superficie de separación, entre las placas del molde; también sucedealrededor de los pasadores de inyección. Por lo general, el defecto loocasionan1) conductos y claros demasiado grandes en el molde2) presión de inyección demasiado alta en comparación con la fuerza desujeción3) temperatura de fusión demasiado elevada4) tamaño excesivo del disparo.Marcas de hundimiento y vacíos: Éstos son defectos que por lo general serelacionan con secciones moldeadas gruesas. Una marca de hundimientoocurre cuando la superficie exterior del molde se solidifica, pero la contraccióndel material del interior hace que la capa se reduzca por debajo del perfil quese planeaba. Un vacío es ocasionado por el mismo fenómeno básico; sinembargo, el material de la superficie conserva su forma y la contracción semanifiesta como un vacío interno debido a fuerzas de tensión grandes sobre elpolímero que aún está fundido. Estos defectos se eliminan con el incrementode la presión de compactación posterior a la inyección. Una mejor soluciónconsiste en diseñar la pieza para tener espesor uniforme de la sección, yutilizar secciones más delgadas.Líneas de soldadura: Las líneas de soldadura ocurren cuando el polímerofundido fluye alrededor de un núcleo o de otro detalle convexo en la cavidad delmolde, y se encuentra desde direcciones opuestas; la frontera así formada sedenomina línea de soldadura, y tiene propiedades mecánicas inferiores a lasdel resto de la pieza.13.6.6 Otros procesos del moldeo por inyecciónLa mayoría de las aplicaciones del moldeo por inyección involucran a lostermoplásticos.En esta sección se describen algunas variaciones del proceso.Moldeo por inyección de espuma termoplástica Las espumas de plásticotienen variasaplicaciones, y en la sección 13.11 se estudian dichos materialesy
  14. 14. su procesamiento. Uno de los procesos, en ocasiones llamado moldeo deespuma estructural, es apropiado que se estudie aquí porque se trata demoldeo por inyección. Involucra el moldeo de piezas de termoplástico queposeen una capa exterior densa que rodea a un centro de espuma ligera.Dichas piezas tienen razones de rigidez a peso apropiadas para lasaplicaciones estructurales.Procesos de moldeo por inyección múltiple Es posible obtener efectos pocousuales por medio de la inyección múltiple de polímeros diferentes paramoldear una pieza. Los polímeros se inyectan en forma simultánea osecuencial, y puede haber más de una cavidad de molde involucrada. Variosprocesos caen en este rubro, todos caracterizados por dos o más unidades deinyección; así, el equipamiento para estos procesos es caro.Moldeo por inyección de reacción El moldeo por inyección de reacción(RIM, por sus siglas en inglés) involucra la mezcla de dos ingredientes líquidosmuy reactivos, con la inyección inmediata de ésta en la cavidad de un molde,donde reacciones químicas hacen que ocurra la solidificación. Los dosingredientes forman los componentes empleados en sistemas activados porcatalizadores o por mezcla. Los uretanos, epóxidos y formaldehídos de ureason ejemplos de estos sistemas. El RIM se desarrolló con el poliuretano paraproducir grandes componentes automotrices tales como defensas, alerones ysalpicaderas. Esta clase de piezas constituye la aplicación principal delproceso.13.7 MOLDEO POR COMPRESIÓN Y TRANSFERENCIAEn esta sección se estudian dos técnicas que se emplean mucho parapolímeros termos fijos y elastómeros. Para los termoplásticos, estas técnicasno alcanzan la eficiencia del moldeo por inyección, excepto para aplicacionesmuy especiales.13.7.1 Moldeo por compresiónEs un proceso antiguo y muy utilizado para plásticos termofijos. Susaplicaciones también incluyen discos de fonógrafo termoplásticos, llantas decaucho y varias piezas compuestas de matriz de polímero. El proceso, que seilustra en la figura 13.28 para un plástico TS consiste en
  15. 15. 1) cargar la cantidad precisa del compuesto de moldeo, llamada carga, enlamitad inferior de un molde calentado2) juntar las mitades del molde para comprimir la carga, forzarla a que fluya yadopte la forma de la cavidad3) calentar la carga por medio del molde caliente para polimerizar y curar elmaterial en una pieza solidificada4) abrir las mitades del molde y retirar la pieza de la cavidad.La carga inicial del compuesto para el moldeo puede estar en varias formas,incluso polvo o pellets, líquida o preformada. La cantidad de polímero debecontrolarse con precisión para obtener consistencia repetible en el productomoldeado. Se ha vuelto práctica común precalentar la carga antes de colocarlaen el molde; esto suaviza al polímero y acorta la duración del ciclo deproducción. Los métodos de precalentamiento incluyen calentadoresinfrarrojos, convección en un horno y uso de tornillo rotatorio caliente en unbarril. La última técnica (tomada del moldeo por inyección) también se usa paramedir la cantidad de la carga.13.7.2 Moldeo por transferenciaEn este proceso se introduce una carga termofija (preformada) a una cámarainmediatamente delante de la cavidad del molde, donde se calienta; despuésse aplica presión para forzar al polímero suavizado a fluir hacia el moldecaliente en el que ocurre la cura. Hay dos variantes del proceso, que se ilustraen la figura 13.29: a) moldeo por transferencia devasija, en el que la cargase inyecta desde una “vasija” a través de un canal de mazarota vertical en lacavidad; y b) moldeo por transferencia de pistón, en el que la carga seinyecta por medio de un pistón desde un depósito caliente a través de canaleslaterales hacia la cavidad del molde. En ambos casos, en cada ciclo segeneran desperdicios en forma de material sobrante en la base del depósito ylos canales laterales, llamado desecho. Además, en la transferencia de vasijael bebedero constituye material que se desperdicia. Debido a que los polímerosson termofijos, los desechos no pueden recuperarse.13.8 MOLDEO POR SOPLADO Y MOLDEO ROTACIONALEstos dos procesos se emplean para fabricar piezas huecas y sin costura depolímeros termoplásticos. El moldeo rotacional también se utiliza paratermofijos.
  16. 16. El moldeo por sopladoEs un proceso en el que se utiliza presión del aire parainflar plástico suave dentro de la cavidad de un molde. Es un proceso industrialimportante para fabricar piezas de plástico huecas, de una sola pieza y conparedes delgadas, como botellas y contenedores similares. Debido a quemuchos de esos artículos se utilizan para bebidas para el consumidordestinadas a mercados masivos, su producción está organizada paracantidades muy grandes. La tecnología proviene de la industria del vidrio, conla que los plásticos compiten en el mercado de las botellasMoldeo por soplado y extrusión Esta forma de moldear consiste en el ciclo.En la mayoría de casos el proceso se organiza como operación de producciónelevada para fabricar botellas de plástico. La secuencia es automática y, por logeneral, se integra con operaciones posteriores tales como el llenado yetiquetado de las botellas..13.8.2 Moldeo rotacionalEl moldeo rotacional utiliza la gravedad en lugar de un molde rotatorio, a fin delograr una forma hueca. El también llamado rotomoldeoes una alternativa almoldeo por soplado a fin de fabricar formas grandes y huecas. Se empleaprincipalmente para polímeros termoplásticos, pero cada vez son más comuneslas aplicaciones para termofijos y elastómerosElproceso consiste en las siguientes etapas:
  17. 17. 1) se carga una cantidad predeterminada de polvode polímero en la cavidad deun molde deslizante.2) Después se calienta el molde y se gira en forma simultánea sobre dos ejesperpendiculares, de modo que el polvo impregna todas las superficies interioresdel molde, y forma gradualmente una capa fundida de espesor uniforme.3) Mientras aún gira, el molde se enfría de modo que la capa exterior deplástico se solidifica.4) Se abre el molde y se descarga la pieza. Las velocidades rotacionales quese emplean en el proceso son relativamente bajas. Es la gravedad, no la fuerzacentrífuga, la que genera el recubrimiento uniforme de las superficies delmolde.Con moldeo rotacional se elabora una variedad fascinante de artículos. La listaincluye juguetes huecos tales como caballitos y pelotas; cascos de lanchas ycanoas, cajas de arena, alberquitas; boyas y otros dispositivos de flotación;elementos de cajas de tráiler, tableros automotrices, tanques de combustible;piezas de equipaje, mobiliario, botes para basura; maniquíes; barrilesindustriales de gran tamaño, contenedores y tanques de almacenamiento;excusados portátiles, y tanques sépticos. El material más utilizado paramoldear es el polietileno, en especial el HDPE. Otros plásticos incluyen elpolipropileno,13.9 TERMOFORMADOEl termoformadoes un proceso en el que se calienta y deforma una hoja planatermoplástica para hacer que adquiera la forma deseada. El proceso se utilizamucho para empacar productos de consumo y para fabricar artículos grandescomo tinas de baño, reflectores de contorno y forros interiores de puertas pararefrigeradores.El termoformado consiste en dos etapas principales:1) calentamiento2) formado.
  18. 18. 13.9 TermoformadoTermoformado al vacío El primer método fue el termoformado al vacío(llamado tan sólo formado al vacío, cuando se creó en la década de 1950) enel que se utiliza una presión negativa para empujar una hoja precalentadacontra la cavidad de un molde.Termoformado de presión Una alternativa para formar al vacío involucra auna presión positiva que fuerza al plástico calentado hacia la cavidad delmolde. Ésta se llamatermoformado de presión, o formado por soplado; su ventaja sobre elformado al vacío es que es posible generar presiones más grandes, ya queesta última se limita a un máximo teórico de 1 atm.Un molde positivo tiene forma convexa. En el termoformado se utilizan ambostipos. En el caso del molde positivo, la hoja calentada se oprime sobre la formaconvexa y se utiliza presión negativa o positiva para forzar al plástico contra lasuperficie del molde.
  19. 19. 13.10 FUNDICIÓNEn la conformación de polímeros, la fundición involucra verter una resinalíquida a un molde, con el uso de la gravedad para llenar la cavidad, y dejarque el polímero se endurezca.Tanto los termoplásticos como los termofijos se funden. Algunos ejemplos delos primeros incluyen los acrílicos, poliestireno, poliamidas (nylon) y vinilos(PVC). La conversión de la resina líquida en un termoplástico endurecido selleva a cabo de varias maneras, que incluyen1) calentar la resina termoplástica a un estado muy fluido de modo que sevierta y llene la cavidad del molde con facilidad, y después se le deja enfriar ysolidificar en el molde2) usar un prepolímero (o monómero) de peso molecular bajo y polimerizarlo enel molde para que forme un termoplástico de peso molecular elevado3) verter un plastisol(suspensión líquida de partículas finas de una resinatermoplástica como el PVC, en un plastificador) en un molde calentado paraque forme un gel y se solidifique.Las ventajas de la fundición sobre procesos alternativos como el moldeo porinyección incluyen las siguientes:1) el molde es más sencillo y menos costoso2) el artículo fundido está relativamente libre de esfuerzos residuales ymemoria viscoelástica3) el proceso es apropiado para cantidades pequeñas de producción. Alcentrarnos en la segunda ventaja, las hojas de acrílico (plexiglás, Lucite), por logeneral, se funden entre dos placas de vidrio muy pulidas. El proceso defundición permite un grado alto de aplanamiento y que se logren las cualidadesópticas que son deseables en las hojas de plástico transparente. Dichoaplanamiento y transparencia no pueden obtenerse con la extrusión de hojasplanas. Una desventaja de ciertas aplicaciones es la contracción significativade la pieza fundida durante la solidificación. Por ejemplo, las hojas de acrílicopasan por una contracción volumétrica de alrededor de 20% cuando se funden.Esto es mucho más que en el moldeo por inyección, en el que se empleanpresiones elevadas para comprimir la cavidad del molde a fin de reducir lacontracción.La fundición en hueco es una alternativa a la fundición convencional; se derivade la tecnología de fundición de metal. En la fundición en hueco, se vierte unplastisol líquidoen la cavidad de un molde de deslizamiento caliente, por lo quese forma una capa en lasuperficie del molde. Después de una duración que
  20. 20. depende del espesor que se desea tenga la capa, se extrae el exceso delíquido del molde; luego se abre este para retirar la pieza.13.11 PROCESAMIENTO Y FORMADO DE ESPUMA DEPOLÍMEROUna espuma de polímero es una mezcla de polímero y gas, lo que da almaterial una estructura porosa o celular. Otros términos que se emplean paralas espumas de polímero incluyen polímero celular, polímero soplado ypolímero expandido. Las espumas de polímero más comunes son elpoliestireno (Styrofoam, marca registrada) y poliuretano. Otros polímeros quese utilizan para fabricar espumas incluyen cauchos naturales (“cauchoespumado”) y cloruro de polivinilo (PVC).Las propiedades características de un polímero espumado incluyen:1) baja densidad,2) alta resistencia por unidad de peso3) buen aislamiento térmico4) buenas cualidades de absorción de energía. La elasticidad del polímerobase determina la propiedad correspondiente de la espuma.Las espumas de polímero se clasifican1) elastoméricas, en las que la matriz de polímero es un caucho, capaz de unagran deformación elástica2) flexible, en el que la matriz es un polímero muy plástico tal como el PVCsuave3) rígido, en el que el polímero es un termoplástico rígido tal como elpoliestireno o un plástico termofijo como un fenólico. En función de laformulación química y grado de entrecruzamiento, el poliuretano varía entre lastres categorías.13.11.1 Procesos de espumadoLos gases comunes que se usan en las espumas de polímero son aire,nitrógeno y dióxido de carbono. La proporción del gas varía hasta 90% o más.Éste se introduce en el polímero con varios métodos, llamados procesos deespumado. Éstos incluyen:1) mezclar una resina líquida con aire por agitación mecánica, después seendurece el polímero por medio de calor o reacción química2) mezclar un agente de soplado físico con el polímero, un gas como elnitrógeno (N2) o el pentano (C5H12), que se disuelve en el polímero fundidosujeto a presión, de modo que el gas sale de la solución y se expande cuandodespués se reduce la presión3) se mezcla el polímero con componentes químicos, llamados agentesdesoplado químicos que se descomponen a temperaturas altas y liberangases tales como el CO2 o el N2 dentro de la mezcla.13.11.2 Procesos de conformadoHay muchos procesos para dar forma a los productos de espuma de polímero.Como las dos espumas más importantes son el poliestireno y el poliuretano, elpresente análisis se limita a los procesos de conformación de estos dosmateriales. Debido a que el poliestirenoes un termoplástico y el poliuretanopuede ser un termofijo o bien un elastómero (tambiénun termoplástico, pero es
  21. 21. menos importante en esta forma), los procesos que se estudian aquí paradichos materiales son representativos de los que se emplean en otras espumasde polímero.13.12 CONSIDERACIONES SOBRE EL DISEÑO DELPRODUCTOLos plásticos son un material importante de diseño, pero el diseñador debeestar alerta a sus limitaciones. En esta sección se enlistan algunoslineamientos de diseño para componentes de plástico, se comienza con las quese aplican en general y siguen las aplicables a la extrusión y moldeo (moldeopor inyección, por compresión y transferencia).13.12.1 Consideraciones generalesEstos lineamientos generales se aplican sin importar el proceso de formado.Sobre todo son limitaciones de los materiales plásticos que el diseñador debetomar en consideración.Resistencia y rigidez: Los plásticos no son tan fuertes o rígidos comolos metales.No deben usarse en aplicaciones en las que se vayan a encontrar esfuerzosgrandes.La resistencia al escurrimiento plástico también es una limitante. Laspropiedades de resistencia varían en forma significativa entre los plásticos, y enciertas aplicaciones las razones resistencia a peso de algunos de ellos soncompetitivas con las de los metales.Resistencia al impacto: La capacidad que tienen los plásticos deabsorber impactospor lo general es buena; se comparan de modofavorable con la mayoría de metales.Temperaturas de servicio: Con respecto de las de los metales ycerámicos, las de losplásticos son limitadas.Expansión térmica: Es mayor para los plásticos que para los metales,por lo quelos cambios dimensionales debidos a las variaciones detemperatura son mucho mássignificativos que para los metales.Muchos tipos de plásticos están sujetos a degradación por la luz solar y otrasformas de radiación. Asimismo, algunos se degradan en atmósferas de oxígenoy ozono.
  22. 22. 13.12.2Plásticos extruidosEspesor de pared: En la sección transversal extruida es deseable unespesor uniformede la pared. Las variaciones de éste darán comoresultado un flujo no uniforme del plástico y enfriamiento irregular quetenderá a pandear el extruido.Secciones huecas: Éstas complican el diseño del troquel y el flujo delplástico. Esdeseable utilizar secciones transversales extruidas que nosean huecas, pero quesatisfagan los requerimientos funcionales.Esquinas: En la sección transversal deben evitarse las esquinasagudas, dentroy fuera, porque dan como resultado un flujo irregulardurante el procesamiento, yconcentraciones de esfuerzos en el productofinal.13.12.3 Piezas moldeadasCantidades económicas de producción: Cada pieza moldeadarequiere un molde único,el cual para cualquiera de estos procesos escostoso, en particular para el moldeo porinyección. Las cantidadesmínimas de producción para este proceso son de alrededorde 10 000piezas; para el moldeo por compresión, 1000 piezas es lo mínimo,debidoa los diseños más sencillos del molde que se necesita. El moldeopor transferencia seubica entre las dos cifras anteriores.Complejidad de la pieza: Si bien las configuraciones geométricas máscomplejas de lapieza significan moldes más costosos, puede sereconómico diseñar un molde complejosi la alternativa involucra muchoscomponentes individuales que se ensamblen juntos.Espesor de pared: Las secciones transversales gruesas por lo generalson indeseables;con ellas se desperdicia material, es más probable quese causen pandeos por lacontracción y les toma más tiempo endurecer.Costillas de refuerzo: Se emplean en las piezas de plástico moldeadopara obtenermayor rigidez sin un espesor de pared excesivo. Lascostillas deben ser más delgadasque las paredes que refuerzan, a fin deminimizar las marcas de hundimiento en lapared exterior.Radios de las esquinas y biseles: Las esquinas agudas, tantoexternas como internas,son indeseables en las piezas moldeadas;interrumpen el flujo suave del materialfundido, tienden a crear defectossuperficiales y ocasionan la concentración de losesfuerzos en la piezaterminada.Agujeros: Es muy factible que ocurran en los moldeos de plástico, perocomplican eldiseño del molde y la remoción de la pieza. Tambiéngeneran interrupciones en el flujodel material fundido.Ahusado: Una pieza moldeada debe diseñarse con un ahusado en suslados para facilitarla remoción del molde. Esto tiene importancia especialen la pared interior de unapieza en forma de taza, porque el plásticomoldeado se contrae contra la forma positivamolde. El ahusadorecomendable para los termofijos es alrededor de 1/2º a 1º; paraTolerancias: Especifican las variaciones permisibles de la manufacturade una pieza.Aunque la contracción es predecible en condiciones muycontroladas, son deseablestolerancias generosas para los moldeos porinyección debido a la variación de losparámetros del proceso queafectan la contracción, y a la diversidad de formas geométricasque
  23. 23. existen para las piezas. En la tabla 13.2 se listan las toleranciascomunes paralas dimensiones de piezas moldeadas con plásticosseleccionados..

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