Cap15

PROCESOS

D EC O N T O R M A D O PARAPLASTICOS

C O N T E N I D OD E LC A P í T U L O fr"¡lrdiclos de los polínreros Propiedades Extrusión 1 5 . 2 . 1P r o c e s oYs e q u i P o s 1 5 . 2 . 2A n á l i s i sd e l a e x t r t ¡ s i ó n extrtlirlt¡s y prclclttclos clelos d¿rclos 15.2.3Configuraciones 15.2.4 Defectosen la extrt¡sión 1 s . 3 P r o c l u c c i ódne l á m i n a sy p e l í c u l a s 1 5 . 4 P r o c J u c c i ódne f i l a m e n t o ys f i b r a s( h i l a t r r l e r i ¡ ) 1 5 . s Procesosde recubrinrietrto Moldeo por inyecciórr 1 5. 6 15.6.1 Procesos Y equiPo 1 5 . 6 . 2E l m o l c l e 1 5 . 6 . 3M á q u i n a sd e m o l c l e op o r i r r y e c c i ó t t 15 . 6 . 4 C o n t r a c c i ó n 15.1 15.2

15.7

15 . 8

15 . 6 . 5 D e f e c t o se n m o l t l e o p o r i n y e c c i o t r 1 5 . 6 . 6 o t r o s f l r o c e s o sc l e n t , r l c l c ol l o r i l l y t x t i t i t t M o l r l e o p o r c o n l p r e s i ó ny t r a n s f e r e r r c l a 1 5 . 7 . 1 M c ¡ l d e oP o r c o m P r e s i ó n 1 5 . 7. 2 M o l d e o p o r t r a n s f e r e l r c i . t M o l c l e o p o r s o p l a c l oy l n o l c l e or c l t a ti t ¡ t l ¡ l

15.U..1Molcleopor soPlaclcr 15 . 8 . 2 M o l r l e or o t a c i o t l . l l 1 5 . 9 Termoiornrado (colado)de plástic-o 1 5 . 1 0 Fr-rnclición cle¡ltllíttteros cleesl)tlnras y forrnaclo 1 s . 1 Procesalniento cleesPutnado 15.11.1 Proc-esos cleconfornlaclcr 15.11.2 Procesos 15.12 Consideraciones llarael cliseñocle¡rrocltlctos 15 . 12 . 1 C o n s i c l e r a c i o ngeesn e r a l e s 15 . 12 . 2 P l á s t i c oesx t r u i c l o s 15 . 12 . 3 P a r t e sr r t o l c l e a c l a s

paraplásticos de conformado Proceso

309

partes [-9s plásticgspueden ser conformadosen una amplia variedad de productos,como para alambres aislantes seccionesextruidas, hojas y películas, recubrimientos rnolcleaclas, el ingredienteprineléctricosy fibras para textiles.Además,los plásticosson frecuentemente ci¡lal cleetros ntaterialescotno pinturas,barnices,adhesivosy varios compuestoscon matriz las tecnologíasde conformado de estos procle pglínrero.En este capítulo consicleraremos cluctos,posponiendolas pinturas,barnices,adhesivosy los compuestospara capítulospostey riores.Muchgs procesoscleconfornradode plásticospuedenadaptarseal hule (capítulo l6) , o l i m é r i c a( c a p í t u l o| 7 ) . a c o n l p u c s t o sc n l l t a t r i z p tecnológicay comercialde estosprocesosde confonnadoderiva del crecienLa ir¡¡ror.tanci¿r te valor ¿e les ¡raterialesque se procesan.Las aplicacionesde los plásticosse han incrementado que paralos nretaleso los cerámicosdurantelos últimos 50 años.En reali¡ruchg r¡irs riipitlarnelrte de darl, nl¡chas ¡rarteshechasanteriormentede rnetalse hacenahorade plásticoy de compuestos recipientesplásticoshan sustituidoen gran partea los ¡rlástic.s.Lo nrisl¡o sucedecon el viclrio;los de productos.El volumen total de polílneros(plásticosy hules) excede tle vidrir. c¡ el envasaclo de los metales, ahgraal cle les nretales(el tonelajees todavíamucho menor debido a la densidad por las cuales razones varias identificar rnayor).Poclemos ar'q¡e el yol¡¡ren es consiclerablernente Ios proccsosdc forllraclocleplírsticoSoninlportarttes:

casi ililnitadade formasparalas piezas' Inilent¡llavnrieclacl l'alnlentetlo son ltecesarioslos formadosposteriores. ntenos Aurrqtrepara formrarplásticosse requiereusualmenteel calentamiento,se necesita son mucho másbajas de procesamiento (preparalos nletales,porquelas ternperaturas t,rtcr.,q,ítr ¡raralos plírsticos. el manejodel productose simen el procesatniento, usaclas A c¿rrsade las bajasternperaturas plásticoson de una sola de procesamiento ¡rlil'icatlur-a¡tela protlucción.Muchos nrétoclos sustancialmente (¡rore.jeinplo, nrolcleo) .¡rcr.,t.i
paralos plásticos,exceptoen circunstan¡c¿r5¿rclo N. sc r.ct¡uicr-e ¡xr' ¡rinturao cle¡rositacirin c i r r si n u s t l i t l c s . y termofiios' flr'r, sc expusoen el capítulo 10, los clostipos de plásticosson termo¡tlásticos un procesode L,adif'er.ellcia., ,¡i,. los terrlrofijosclurantesu calentamientoy conformaciónsufren (¡rc causa un rrarnbioluírnico permanenteen su estructuramolecular (encadenctmietúo c,r.¿rtlrr. no pueclettftlnclirse¿rtravésde recalentalniento'Por el ¡lr¿r vez (lLrcse ha¡rcu¡'aclo, It.rttt.tt.r,t.,r¿¿l). el procesoclecuradoy sl-lestructuraqttínlicapern() ex¡lerirnenl¿ul c.rlr-^r.ie.lgs Icr-rrro¡rliisricr)s clesóllcloa aufl cuandose t'ransl'orlnen sin canrtrioen los recalentatnierttos, ,l¿rlccc b¿isic¿urrcnte más colnprenclen dos; los de rnásitrtportantes son los ti¡lclscomerci¿rles líq,itlo. l..s tcr.¡re¡rlristicos dcl t'i07,deI torlelajetolal cieplírsticos' de plásticos con la fornra del producto resultante,los procesosde conformado De acuer.clo con constante' con seccióntransversal se ¡ruecle,cl¿rsificaren: l) productosextruicloscontinuos hojas o lárninascontinuasy películas;3) excepcirintle láminas(hojas),películasy filamentos; 2) nlayoría;5) partesmoldeadashuefilanrertosc,'tirr¡os (fibras);4) partesmoldeadas,sóliclasen su y pe6) partesdiscretashechasde láminasprefomrladas delgaclas; relativ¿unente c¿lsco. ¡rar.ecles una de Estecapítuloexatninal'ácada (espumas). y g) protluctusex¡randidos líctrlas,7)furrcliciones ternloplástilos con rnás importantesestítn¿rsociaclos corncrci¿rlcs cst.s c.tcg.r.íus.l-.s pr.ocesos una brevehispor inyección' y rnoldeo el tle rnayorrelevanciason la extrusión c's: l's pr.()cesos l5'l' cleplásticosse presentaett la nota histórica rle ct'rnfornr¿rdo t.ril ¿e l.s pi.ocesos

310

Capftulo15 / Procesode conformadoparaplásticos

Nota hÍstórlca I5.I depldsticos deconformado Procesos

ti1g3¡¡*,e ,I equtpoparaconformarplásticosevolucionósignificativamente desdela

del hule.Es digno de mencionarentrelos antiguos tecnologíadel procesamiento c o n t r i b u i d o r easE d w i nC h a f f e eu, n e s t a d o u n i d e n sqeu e d e s a r r o l l óa,l r e d e d odr e 1 8 3 5 , u n m o l i n od e d o s r o d i l l o sc a l e n t a d ocso n v a p o rp a r am e z c l aar d i t i v o sc o n e l h u l e (sección l ó . 1 . 3 )T. a m b i é nf u e i n v e n t odr e u n d i s p o s i t i vsoi m i l a rl l a m a d oc a l a n d r i aq,u e c o n s i s t ee n u n a s e r i ed e r o d i l l o sc a l e n t a d ops a r ar e c u b r i tre l a c o n h u l e ( s e c c i ó n1 5 . 3 ) Ambasmáqulnasse usantodavfaparaplásticosy hules' eran máquinas inventadosalrededorde 1845en Inglaterra, Los primerosextrusores, y parael para hule el extruir que utilizaban se por un émbolo de accionadas medio accionados los extrusores con dificultad La hule. de alambreeléctricocon recubrimiento un extrusor necesario muy por émboloera que operabande maneraintermitente.Era de alambrey cable. en especialpararecubrimiento que pudieraoperarcontinuamente, Aunquevariosindividuostrabajaroncon variosgradosde éxitoen la creaciónde un e x t r u s otri p o t o r n i l l o( s e c c i ó n1 5 . 2 . 1 s) ,e a c r e d i t al a i n v e n c i ó na M a t h e wC r a ye n los termoplásticos, al clesarrollarse su patentedata de 1879.Posteriormente, Inglaterra; d i s e ñ a d op s a r al t u l e . e s t a b a n q u e o r i g i n a l m e n t e d e t o r n i l l o s e a d a p t a r o nl o s e x t r u s o r e s p a r a c l i s e ñ a d a e s p e c í f i c a l n e n t e E n 1 9 3 5s e i n t r o d u j ou n a m á q u i n ad e e x t r u s i ó n termoplásticos. p a r ap l á s t i c o sf u e r o na d a p t a c i o n edse l L a sm á q u i n a sd e m o l d e op o r i n y e c c i ó n e q u i p od i s e ñ a d op a r af u n d i c i ó ne n d a d o sm e t á l i c o s( v é a s en o t a h i s t ó r i c a1 7 . 2 ) . de losplásticos A l r e d e d o r d e1 8 7 2l,o h n H y a t t ,u n a f i g u r ai m p o r t a n t ee n e l d e s a r r o l l o a r ap l á s t i c o . ( n o t ah i s t ó r i c al 0 . t ) , p a t e n t óu n a m á q u i n ad e m o l d e oe s p e c í f i c a m e npt e d e m o l d e op o r i n y e c c i ó n m á q u i n a ( s e c c i ó n L a 1 r . 6 . 3 ) é m b o l o F u eu n a m á q u i n ad e t i p o j o e m i a u t o m á t i c osse a ñ a d i e r o n c o n t r o l e s e n s u f o r m am o d e r n as e i n t r o d u e n l 9 2 l , l o s q u e n o r m a l m e n te n l a u t i l i z a r o n se e n 1 9 3 7L. a sm á q u i n a st i p o é m b o l of u e r o nl a s i n d u s t r i ad e l p l á s t i c op o r m u c h a sd é c a d a sh, a s t aq u e l a s u p e r i o r i d adde l a s m á q u i n a s , n 1 9 5 2p, o r W i l l i a mW i l l e r t c o n t o r n i l l or e c i p r o c a n tdee, s a r r o l l a d aesn E s t a d o sU n i d o s e obvio. lo hicieron nuestraexposiciónde los procesosde confornradocleplástico,examilrandolas Empezaremos propiedades de los polímerosfundidos,porquecasi todos los procesosde confonnaciónde termoplásticoscompartenel pasocomún de calentamientodet plásticopara hacerque éstefluya.

1 5 . 1 P R O P I E D A D EDSE L O SP O L I M E R O S FUNDIDOS lít¡trrltitsl¡tt¡ttclottteurl¿tcorlsislertciit ésterlebecalentarse Paraformar un polímerotermoplástico, .se qtte propiedades varias exhibe el cual políntero un que como conoce se da. Esto es lo .fimdido, en estasección. considerarán Viscosidad Debido a su alto pesomolecular,un polímerofundido es un fluido espesocon alta viscosidad.Laviscosidad,tal como definimosel términoen la sección3.1,es una propiedad duranteel flujo del fluido con la velocidel fluido que relacionael esfuerzocortanteexperimentado de polímeros,debido a que la maprocesamiento en el importante dad de corte. La viscosidades yoría de los métodosde conformadoinvolucranel flujo de polírnerosfundidos a tr¿tvéscle los grandes,e pequeñoscanaleso aberturasdel dado. Las velocidadesde flujo son frecuentemente con l¿tvelociincrementalt se de corte;y como los esfuerzoscoltantes implicanaltasvelocidades pararealizarestosprocesos. significativas dad de corte,se requierenpresiones

Sección15.1/Propiedadesde los polfmerosfundidos

311

g 1)

(Ú p

o o o .9,

de vi scosidad FIGU R A15.1 R el aci ones y un polímero newtonianos fluidos para fundidotípico.

Velocidadde corte,i

de La figurl l5.l nruestrala viscosidaden función cle la velocidadde corte para dos tipos y aceite) el agua el como fluiclos.para unfluido newtoniano(que incluye a los fluidos más simples de corte' La la viscosidacles una constantea una temperaturadada y no cambia con la velocidad la consviscosidad la siendo refació' elrtreel esfuerzoy lacleformacióncortantees proporcional, tantede proporcionalidad: T

t:¡lY

o

(l s . l )

q : =

v

lb-seg/pulg2 doncleI = esfuerzocortante,pulg/pulg (m/m); 4 = coeficientede viscosidadde corte (Ns/m2o pas);y T= velocidaddL corte, l/seg. Sin embargo,paraun polímerofundido la viscosia velocidad decrececon la velocidad de corte, lo cual indica que el fluido se hace más delgado y puedemodelarsecon dadesde corte más altas.Este comportamientose llama pseudoplasticidad una razonableaproxinlaciónmediantela expresión:

(\s.2)

r : k(y)n

al coeficientede viscosidady n = índice de compordonrle A = ulla constantecorrespondiente (15.1)para un fluido newtarrielrt, de flujo. para r¡ = I la ecuaciónse reducea la ecuaciónprevia menoresa l. n son de Irrria¡e,y I sc'vuelvcq. Paraun polírnerofundido,los valores la temperatura Ade'rás del efecto cle la velocidad cle corte (velocidad de flujo del fluido), valor decrece su fluidos, los de mayoría la en la viscgsidaclde un polírnero fundido. Como af'ec.ta comunes' polímeros varios Esto se muestraen la figura 15,2para la ternperatura. al ilrcrenrentarse a las que se encuentran ¿lu'a velocitlaclde cortede l0l seg-l. Estavelocidadde corte se aproxima velocidad. a alta extrusión de de moldeo por inyecciónu operaciones en las operaciones con valorescreDe esta nraneravemos que la viscosidadde un polímero fundido decrece Nuestrnecunciónprevia( 1,5,2)puedeaplicnr*erGXG€p' de cortey temperaturs, cientesde veloc:iclacl como se muestraen la figura 15'2' to que ft depentleclela tentperatura t' la viscoelasticidad,.Qut, Viscoelasticiclad otra propiedadde los polímerosfundidoses los polos sólicros(polímero, iólidos) en la sección13.5.Sin embargo, analizaen el contexto.<Je en dado el en dilatación la es línreroslíqui¿osexhiben también esta propiedad.Un buen ejemplo fenóEl salede la aberturadel dado' la extrusión,en la cual.el plásticocalientese expandecuando que el polímeroestabacontenido 'leno, il,stracloen la figura 15.3,puedeexplicarsehaciendonotar canal del dado' En efecto, en una seccióntralrsversalmucho más anchaantesde entrar al estrecho su antiguaforma y tiendea retornara ella despuésde dejarel orificio el materialextruidorecuercla zo de compresiónque actúaen el materialal entrara la pequeña el esf'uer rfcf dad.. Técnic:anrente, saledel orificio y Cuancloel materialsubsiguiente rlcl dado no se relevainnrediatamente. abertur.a se expanda' que Ia seccióntransversal se re'rueve l¿rrestricció', tos esfuerzosno relevadoshacen '-,,,.'..

312

Capftulo

plásticos '15 lProcesode conformadopara

C\I

a

(Ú

fL

o 10"

C\¡

E 6

z E IE

8o 102 o .9,

(t) f,

o

ts, o a I

-o

10-1

o(Ú E ,6 o C) .9, 10-2

Polietilenode baja densidad

500 450 400 "F TemPeratura,

550

250 0 "C Temperatura, F I C U R A l 5 . 2 V i s c o s i d a d e n f u n c i ó n c l e I a t e m p e r ade turaparapolínlerosse|eccion¿rc|os recopi l ados [11]' a u n a v e l o c i d a cdle c o rt ede 103seg-r.D atos

--4>

v

Flujo del Polímero

en de |a viscoelasticidad en e| dado,unamanifestación 15'3 Dilatación F|GURA extrusión' de dado del salir al aquí comosemuestra fundidos, polímeros para una seccióntransversalcircttlarpor La dilataciónen el dado puedemedirsefácilmente mediodelarelacióndedilatación,quesedefinecomo:

r':

D, lt

(15.3)

extruida,pulg (rnm)Y D¿= de la seccióntransversal dondef s=f&zón de dilatación;Dr=diámetro del tiem(mm). La cantidadde dilataciónen el dado depende diámetro"delorificio del daclo,pulg reduce se dado el en el canal del clado.La dilatación po que el polímero fundido p.r*unece en se logra por medio de ttn canal más largo' aumentandoel tiempo en el canal,y esto de flujo de la fusión es una meclidaampliamente índice de flujo de la fusión El índice del polímero.La disposicióngeneralpara características usadaque relacionael flujo y la viscosidacl en tt¡r la operacióncleextrusión.El polímerose calienta ensayarun polímerofunclidoes similar a diámetro parfluir a travésclela aberturadel dado tle tln cilindro a temperaturaT y luego se hace

15,2lExtrusión 313 Sección parámetrosdel ensayoestánnormalizadospor orgaticular D, bajo una presión especificada.Los de ta fusión IFF (en inglés meltflow index, MFI) nizacionesralescomo la ASTM . El índice deflujo a través del orificio del dado durante un periodo se define como el peso del material que fluye especificado. compleja que dependede la temperatura El ínclicede flujo de la fusión mide una propiedad diferentes tipos de polímero; sin embary de la velocidad de corte. No debe usarsepara cofnparar dentro de un tipo de polímero dado, por ejemplo go, es apropiado para comparar diferentes grados que distinguediferenciasen el peso molecular de polietileno. para estepropósito,es un medio útil "t p"ro molecular y el grado de polimenzación un polímero. A medida que disminuye el MFI, no ,l"p"nde solamentede la temperaturay de la aurnenta'. La viscosicladde un polímero fundido velocidaclde corte, sino también de su pesomolecular'

EXTRUSI La fundamentalpara metales,cerámicosy polímeros' El procesode conformadopor extrusión es del orificio el cual se fuer)aal material a fluir a través ertt.usitites un procesocleconrpresiónen queda transversal y continuo, cuya forma de la sección tle un clatlopara generaru' protlucto largo que se usa un proceso de conformación de polímeros determi'ada por la forma dll orificio. Es (pero rara vez con termofijos) para producir masiampliamentecon termoplásticosy elastómeros perfiles estructurales(como molduras de venvamenteartículoscomo tubos, ductos, mangueras, continuos,recubrimientosde alambresy cables tanas y puertas),láminas y películas,filamentos se lleva a cabo como un procesocontinuo; la eléctricos.para este tipo de productos,la extrusión en las longitudesdeseadas'En esta sección extrusitin (productoextruidoi ," corta inmediatamente los proy en varias seccionessiguientesexaminaremos cubrimos los procesosde extrusiónbásica, cesosbasadosen la extrusión'

15. 2 . 1 Procesos Y equiPos extrusión' alimentaen forma de pelets a un cilindro de E' la extr.usió' de polímerosel material se giratodel orificio de un dado por medio de un tornillo c*'.e se calientay se le hacefluir a través son el extrusor Los dos componentesprincipalesdel rio(gusa'r). corno se ilustraen la figura 15.4. que del extrusor,sino una herramientaespecial cilirrlr. y cl t.rnillo. El claclono es un com¡ionente clebefabr.icarseconelperfilparticularaproducir. y d e un extrusor(detorni l l oúni co)parapl ásti cos F I G URA15. 4 c o m ¡ro n e n reysc a ra c te rís ti c a s di buj o' del La. re l a c i ó nL /D e s táre d u c i d ap a ramayorcl ari dad elas t ónr er os Tolva Peletsde Plástico Calefactores

I

Secciónde alimentación

t

I l*

Secciónde comPresión

Polfmerofundldo

314

paraplásticos de conformado CapÍtulo15 / Procesos (25 a 150 fluctúa típicamenteentre l'0 y 6'0 pulg El diámetro interno del cilindro extrusor ente I diámetro,con una relación LID usualmente mm). El cilindro es largo con respectoa su valoresI materialestermoplásticos,mientrasque los 30. Las relacionesmás grandesse usanpara localiz¿ que contieneeI Áarcrial de alimentación se bajos de L/Dson para Jlastómeros.La tolva por gravedadsobreel tornillo giratorio' Qü€lrlür un extremodel cilindro. Los peletsse alimentan calerJadoreseléctricos para fundir inicialmente el material a lo largo del cilindro. Se utilizan subsiguientedel materialgenerael calor adicic peletssólidos;el mezcladoy el trabajomecánico s mezcladáy la acción cortantegeneranel calor que mantienela fusión. En algunor-.uros, el externo.De hecho,en algunoscasosel cilin ciente,de maneraque no se requierecalentamiento el.sobrecalentamientodel polímero' debp ser enfriado externamentepara prevenir la aberturadel dado por la acción del El material se transport" u ,runésdel cilindro hacia ' rev/min. El tornillo tiene varias funciones 60 a gira aproximadamente que extrusor, tornillo Las seccionesy las funcionesson: I ) sec't divide en seccionesque coresponden a cadafunción. desdela puertade la tolva y se precalienta;2)' de alimentación,enla cual el materialse mueve consistencialíquida, el aire atrapadoentre ción de compresión dondeelpolímero adquiereuna y 3) sec'cióndosificadora' en la cua pelets se extrae de la fusión y el material se comprime; presión para bombearlaa través del orificio homogeneiza lafusión y se desanolla suficiente dado. geornetríay su velocidadde rotación.[-a La operacióndel tornino estádeterminadapor su la figura 15.5.El tornillo consisteen pal geometríatípica de un tornillo extrusorse describeen que conducenel polímero fundido' El canal tl o aspasespirales(roscas)con canalesentre ellas, las paletasempujan el material hacia ¡ un ancho wc y una profundidaddr. Al girar el tornillo, Aunque no se aprecia en el diagramt lante a través del canal desde la tolva hasta el dado. cilind ro D con un pequeñoclaro de aproximi diámetro de la paleta es más pequeñoque el del es limitar la fuga de la fusión haciaatri mente0.002 pulg (0.05 mm). La funcidn de esteclaro tiene un anchol4'ly estáhechade aceroendul travésdel canal conductor.La pared de la paleta el interiordel cilindro. El tornillo tieneun p do pararesistirel desgasteal girar y al Íozarcontra el ángulode la h( cercanoal diámetro D.El ángulode la paletaA es cuyo valor es generalmente del tornillo y puededeterminarsemediantela relación:

paso tanA:

FICURA15.5

(r s . 4 )

nD

D e t a l l e sd e u n t o r n i l l o e x t r t l s o rd e n t r o d e l c i l i l r d r t i '

Direcciónde flujo de l a fusi ón

15.2lExtrusión 315 Sección del cilindro El incrementode presiónque se aplicaal polímerofundidoen las tressecciones se determinaen granpartepor la profundidaddel canaldr. En la figura 15.4,d, es relativamente de polímero grandeen la ,...-ión de alimentaciónparapermitir la admisiónde grandescantidades aplicandoasípre4 sereducegradualmente, granularen el cilindro.En la secciónde compresión, y la presión sióncrecienteen el polímeroal serfundido.En la seccióndosificadota,drespequeño En la alcanzaunrnáximoal restringirseel flujo por el empaquede la pantallay la placade sostén' del tornillo se muestranigualesen longitud;estoes apropiadopara figura 15. ,las tressecciones como el polietilenode baja densidadPEBD (en inglés un polímeroque funde gradualmente, Parapolímeros sondiferentes. óptimasde lassecciones laslongitudes LDpE).paraoiro, polímeros, de fusión, punto específico en un comoel nylon,la fusiónocuffemásbienabruptamente cristalinos Los polímerosamorfoscomoel es apropiadauna seccióncortade compresión. en collsecuencia paraestosmatequeel LDPE,y lazonadecompresión clorurode polivinilofundenmáslentamente paracada tomillo del rialesdebetomarcasila longitudenteradeltomillo.Aunqueel diseñoóptimo general.Estosdi;iñ;. materiales diferenti es una prácticacomúnusartornillosde propósito de hacer necesidad la y evita un compromisoentrelos diferentesmateriales se señosrepresentan con los parosdel equipo' cambiosde tornillo,asociados frecuentes del dado' El avancede los polímerosa lo largo del cilindro conducefinalmentea la zona seriede cribasde, Antesde alcanzarel dado,la fusiónpasaa travésde una malla,la cual es una por un plato rígido (llamadoplato rompedor)que contienepequeñosagujerosi alambresoportadas y terronesdurosde la fusión,2) acuhular axiales.La mallafuncionaiara t) iittrar contaminantes el flujo del polímerofundidoy borrarsu memoi y 3) enderezar presiónen la seccióndosificadora se relacionacon la ria del movimientocircular impuestopor el tornillo. Esta última función el polímero haciala izquierda, del polímero;si át nu.¡ono fueraenderezado viscoelástica propiedacl la y distorsionar a a crecer podríarecuperarsusgiros á.ntro de la cámaladeextrusión,tendiendo extrusión de tornillo Lo que hemosdescritohastaaquí es una máquinaconvencionalde extrusión un lugar sinrple.Es necesariomencionarlos extusores de tornillo doble porqueestosocupan del cilindro'Los importanteen la industria.En estasmáquinas,los tomillos sonparalelosdentro parael PVC rígido,un polímero adaptados ¿e tornillosgemelosparecenespecialmente extrusores mayormezclado' querequieren,un y paramateriales difícil de extruirnorntalmente,

1 5 . 2 . 2 A n á l i s i sd e l a e x t r u s i ó n simpliticada varios En esta sección desarrollamosmodelos matemáticospara describir en forma aspectosde la extrusiónde polímeros. fuerzaalpolímero Flujo fundido en el extrusor Al girar el tomillo dentro del cilindro, se Arqufmedes.pl prinfundido a ,.roverseen dirección al dado; el sistemaoperacomo un tornillo de de la fricción entreel lfquido viscipal rrecanisrnocletransportees el fluio por arrasti, queresulta con respectoa la otra, l) el cilindro estacoso y las clossuperficiesopuestasque se mueven una puedeparecerseal flujo de fluido que ocurre ciorrarioy 2) elcanalcleltornillo giratorio. El arreglo por un líquido viscoso,como se ilustraen entreuna placaestacionariay una-placamóvil *.puruáu v, se infiere que la velocidadpromedio la figura 3.l7.Dado que la placamóvil tieneuna velocidad clel fluido es yf2, generandouna velocidadde flujo volumétrico

(r5.5)

Q,t:O.Sudut

pulg3/seg1m3/seg);v = velocidadde la clonclee¿ = velocidad tle flujo vorumétrico por arrastre, placas,pulg (m); y w = anchode placa movible, pulg/seg(rn/s);¿/= distanciaque separalas dos se puedencom' en dirección a la velocidad,pulg (m). Estosparámetros ras placasperpendicurares .

5

316

paraplásticos de conformado Capftulo15/ Procesos parar a aquellosen el canal,definidos por el tornillo dro estacionario.

de extrusiónrotatorio y la superficiedel cil

D : rr DN cosA d:d, w : u),:: (r D tanA - tt)f) cosA

( r5.6) ( l s.7) ( r5.8)

(mm); N = velocidadde rotación del tornillo donde D = diámetrode la paletadel tornillo, pulg (mm); t^'r= anchodel canaldel tornillo' pulg rev/seg;4 = profundidaddel canardel tornillo, pulg pulg (mm)' Si asumimosque el (mm); A = ángulode la paleta;y wf =ancho det üor¿ede la paleta, es pequeño,entoncesla última de estas anchodel borde ¿e la paletaes'deípreciabledebido a que ecuacionesse reducea:

u),.: n D ¡anAcosA n DsenA

(15.e)

variasidentidades (15.5)y usando (15.6),(15.7)y (15.9)en la ecuación lasecuaciones al sustituir tenemos: trigonométricas ' (ls.r0) 0¿ : o'5n2D2N d,'senAcosA hacia adelanteclel fluido, esta Si no hay fuerzaspresentesque se oponganal movintiento la velocitladde flujo de la l'usiónclentro ecuaciónpodría suministraruna destripción razonablede a travésclela corrientehaciaadelante' del extrusor.Sin embargo,al comprimii el polímerofundido transportede material por arrastreen la el dado crea una contrapresión,enel cilindro que reduceel a contrapresión,dependede las ecuación 15.10.Esta reducciónde flujo, a la que llamaremosfTujo y del gradientede presióna lo largo dimensionesdel tornillo, de la viscosidaddel polímero fundido se puedenresumiren la ecuaciónIl I ] del cilindro. Estasdependencias

r Ddl sen2A Q¡:

n,t(#)

(r5.ll)

pulg3/seg(m3/s)4 = viscosidad,lb-seg/pulgz1N-s/m2);tlpldl dondeQa=flujo a contrapresión, El se definieron previamente' gradienreae presián,gb/pulg2 )b;lgirr¿pul*l; y los otros términos tornillo a lo largo de su londel gradientede presiónreal en el ciiin¿ro es una función de la forma como una aproximación gitud; en la figura 15.6 se ilustraun perfil típico de presión.Si asumimos entoncesel gradientede figttra, la en que el perfil es una línearecta,indicadapo, iu líneapunteada la ecuaciónprevia se redttce¿t fresión se vuelve constanteplL, Y

(rs.l2)

Qo:

= longitucldel cilinclro,pttlg (nrnt). dondep - presiónestáticaen el cilindro lb/pulg2(MPa); y L

Extremode la tolva

lo Extremodel dado

a.

(Ú

.9 .(u a o c

:9 6

o fL

Aproximación Posiciónen el cilindro

F I C L J R A1 5 . ( r C r ¡ r l i e l l t et í ¡ r i t ' t r de presión en ull extrusor; la líne.r p t t t r t e a d ai n d i c a u l l a a p r o x i l l r a c i ó n l i n e a l p a r a f a c - i l i t a rl o s c á l c u l o s '

Sección15.2lExtrusión

317

Nóteseque esteflujo a contrapresiónno es realmenteun flujo por sí mismo, sino es una reducción un extrusor del flujo de arrastre.Entonces podemos calcular la magnitud del flujo de la fusión en como la tliferenciaentre el flujo de arrastrey el flujo a contrapresión: Q.,:Q¿-Qt

pn Ddl sen2A l;tL

(15.13)

2 - Q . , : 0 . 5 2 D zN d , ' s e n A c o s A

La ecuación 15.13 do'de e.r=velocidad de flujo resultantedel polírnero fundido en el extrusor. y el cilindro. Lapérpaletas las asunreque ¡ay una mínima pér.tlidadeftujo a travésdel claro entre a contrapresión,a dida de flujo d'ela fusión serápequeñacomparadacon el arrastrey con el flujo Inenosque el extrusorestédañado. en dos tipos: l) La ecuación 15.13 contiene muchos parámetrosque pueden dividirse son aquellos que parárnelrosde diseño y 2) parámetrosoperativos. Los parámetrosde diseño d, y el ángulo de canal del defirrenla geometríadel tornillo y del cilindro: diámetroD, profundidad operaciónde un extrusor' la hélice A. Estos factoresno se puedencambiar duranteel procesode el procesopara afectarel durante Los parámetrosoperativosson aquellosque sí se puedencambiar p, y la viscosidadde la flujo de salida; éstosincluyen la velocidad de rotación N, presión estática en que puedanmanipufusión n.Laviscosidad de la fusión solamentees controlableen la medida En propiedad. el siguienteejemplo larse la temperaturay la velocidad de corte para modificar esta veremoscómo desempeñansus papeleslos parámetros:

de fluio en extrusión 1 5 . 1 Velocidades Ejemplo gira a N = 60 rev/min' Un cilinclroextrusortiene un diámetroD = 3.0 pulg. El tornillo A = 20o' La pre( I rev/seg).La profundidaddel canald, = 0.25pulg, y el ángulode la paleta = pulg,la visal final del cilin drop = I 000 lblpulgz.Longituddel cilin droL 75 siónesrárica Determinela velocidadde flujo cosiclatltlel polírnerofundidoes de 150 x l0:4 lb-seglpulgz. tlel plásticoen el cilindro. volurttélt'ico calcularel flujo de arrastrey el flujo oPuestoa solución: usanrlola ecuación15.13podemos e tl e l c i l i n c l ro . c o rttt' :t¡rrc s i írtt

20) 1.0)(0-25)(sen20)(cos Qa : 0.5nt(3.t1)t( : 3.57pulg3/seg (sen20¡2 (3.0)(0.25)3 ( ( rn, - rr | 000) v l2(o.o¡5¡175) - l.2g puig3/seg - l'28 Q , : Q ¿ - Q t ,: 3 ' 5 7 - 2.29 pulg3lseg

s

escerode maneraqueel flujo Característicasdel extrusory el dado Si la contrapresión el flujo podríaigualaral flujo de arrastreQ¿,deter' rle la fusiónsealibre en el extrusor,entonces de operación el diseñoy los patámetros mi¡acfopor la ecuación15.10.Una vez que seestablecen comoQntxi Denotémosla extrusor. del posible máxima cleflujo (D, A, N, etc-.), esla capaciclad ést¿r Q ,n¡*- 0.5¡r2D2 N d,'senA cos A

(r5.14)

318

Capítufo15 lProcesosde conformadoparaplásticos

por otra parte,si la contrapresiónfueratan grandecomo paraanularel flujo, enlotlcesel flujtr a contrapresiónigualaría al flujo de arrastre,esto es Q., :

Qa - Qt, :0,

es decir Q¿ :

Qu

es Usandolas expresionesde Qa y Quen la ecuación15.13,podemosresolverp y determinarcuál la máxima presiónestáticapmáxquepodría anular el flujo en el extrusor: 6nDNL4cotA Pmáx:

d?

(ls.ts)

Los dos valores Q^ary pmáxson puntos a lo largo de los ejes del diagramaconocidoscomo característicasdel extru.sor(o carocterísticasdel tornillo o gusano) ilustraclosen la figura 15.7. Esto define la relaciónentrela presiónestáticay la velocidadde flujo en una máquinade extrusión con los parámetrosoperativos establecidos. Con un dadoen la máquinay el procesode extrusiónen operación,los valoresactualesde Q* estádetenninadapor las y p se lócalizaránen algúnlugarentrelos valoresextremos,la loc¿tlización del tamaño y la forma de depende dado característicasdel dado. La velocidadde flujo a travésdel la abertura,y de la presión aplicada para forzar la fusión a través de clicho dado. Esto se puede expresarcomo: Q, :

K .rl t

(rs.r6)

(m3/seg);p= presiónestática,lb/pulg2(trrtpa); dondeQ,= velocidadde flujo, pulg3/seg Y K, = facParaunaaberturacircularde dadode unalongitud tor de formaparael dado,pulgs/b-seg(msA,ls). como: puede calcular forma se factor de dadade canal,el K,:

nDl 1284L¿

(rs.r7)

dondeD¿= diámetrode la aberturadel dado,pulg (mm); 4 = viscosidadde la fusión lb-seg/pulg2 (Ns/m2); y La = longitud de la aberturadel dado putg (m). Para formas no redondas,el factor de forma del dado es menor que para la redondacon la misma áreade secciónlransversal,esto significa que se requieremayor presiónpara lograr la misma velocidaclde flujo. del dado. En la figura La relaciónentreQ*y p en la ecuación15.16se llama cero('íerístit'ct previasdel exfrusor.Los dos 15.7 éstase dibuja como una línearecta,añadidaa las características trazos se intersecan;los valores corespondientesde Q., yp se conocencomo punto de operaciórt para el procesode extrusión.

Característicasdel dado

Qm¿x

o i :9

Punto de operación

o f

o o

Característicasdel extrusor

E

o f

tr Presiónestática

1 5 . 7 C a r a c t e r í s t i ccal e l FICILJRA extrusor (tanrllién llarnada carar.terístic'.r r l e l t o r n i l k r ) y c . r r J c ' t e r í s t i cr'lae l t l ¿ < l t ¡ . El punto de operación del extrusor está e n l a i n t e r s e c c i ó nd e l a s d o s l í n e a s .

S ecci ón15.2/ Ext r usión

319

Ejemplo15.2 Características del extrusory del dado C o n s i d e r e l e x t r u s o r d ee l j e r n p l o1 5 . 1 ,e n e l c u a l D = 3 . 0 p u l g ,L = 7 5 p u l g , N = I r e v f s e g , d " 0.25 pulg y A =20'.El plásticofundido tiene una viscosidadde corte = 150 x lOa lb-seg/pulg2. Determinea) Q^e*y pmáx,b) el factor de forma Krparu una aberturade dado circular en la cualD¿ = 0.25 pulg y L¿ = 1.0 pulg, y c) los valoresde Q*y p en el punto de operación. Sofución: a) Q^a* estádado por la ecuación15.14 Q^^' :

Q a : A . 5 n 2D z N d . s e n A c o sA

- o.5n'(3.0)'(1.0)(0.25) (sen20)(cos 20) : 3.57pulg3/seg pmáx estácladapor la ecuación15.15 6nDNLcotA -

tl

ll máx

o ('

(0,0| 5) cot20 _ 6¡r(3.0)(75)(1,0) Q,2s)2 - 2796.6 tiU/pulg2/s y la abscis a paralascaracterísticas del entrela ordenada Estosdosvaloresdefinenla intersección extrusor. circulardel dadoconD¿=0.25pulgYLa= 1.0pulgsepuede b) El factorde formaparaunaabertura 15.17 determinar conla ecuación

^v 1 -

n (0.25)a

r28(o.ol5xl.o)

- 0.00639l6 del dado. Estefhctor tle fonna define la pendierrtede las características valores de Qry p,en las cualesse intersecanlas cac) El punto de operaciónestírdefinido por los del tornillo se pueden racterísticasdel tornillo con las característicasdel dado. Las características como: expresaren Ia ecuaciónde una línearectaentreQ^e*Y Pmáx, Qr :

Q ^ e ^-

-Q,^e^ P

( 1 5r.8 )

P máx

: 3.57 - 0.0012765¡t en la ecuación 15.16,usandoel valor de Kt del dado están correlacionadas Las características calculadoert la parteb). Q., :0.00639 |6P Con un sistemade ecuacionessimultáneastenemos: 0 . 0 0 6 3 91 6p - 3 . 5 7 - 0 . 0 01 2 76 5P p :

465.5 lib/pulg2/s

Si resolvenlospara Q, usandouna de las ecuacionesiniciales,obtenemos Q, :0.00639 16(465.5): 2.98 pulg3/seg

,,ffi

320

paraplásticos de conformado Capítulo15/ Procesos Si comparamoséstacon la otra ecuaciónpara verificación, - 0 . 0 0 1 2 7 6 5 ( 4 6 5 . 5: 2 ) '98 Qr :3.57

ffi

pulg3/seg

de losdadosy productosextruidos 1'5.2.3 Configuraciones transversalde la extrusión'Los perLa forma del orificio cleldado determinala forma de la sección de las extrusionesson: I ) perfiles sólidos; 2) files comunesdel dado y las formas correspondientes y alambres;4) láminasy películas perfileshuecos,tubospor ejemplo;3) recutrimientosde cables En la sección l5'3 se y 5) filamentos.Las primrrá, tres categorlasse cubrenen la presentesección. 15.4 se describela proexaminanmétodosde producciónde láminasy películas,y en la sección veces métodos diferentes de la ducción de filamentos. Estas últimas formas requieren algunas extrusión. perfiles sólidos Los perfilessólidosincluyenformasregulares,como seccionesredondas, moldurasparapuertasy ventanas'accesocuadradase irregulares,como los perfilesestructurales, una vista lateralde la secciónde rios automotricesy chapasdomésticas.En la figura 15.8se ilustra del dado, la fusión de poy un dado para producir estasformas sólidas.Al final del tomillo anfes para enderezarlas líneasde límero pasaa travésde un empaquecemidor y de una placa rompedora dado, forma diseñadageneralflujo. Luego fluye hacia el interior de la entradaconvergentedel que podríanpreen las esc¡uinas mentepara mantenerel flujo laminar y evitar los puntosnruertos del dado' misma sentarsecercadel orificio. La fusión fluye entoncesa travésde la abertura con alta viscosidadde Cuando el materialdeja el dado todavíaestá suave.Los polímeros el enfriado mantienenmejor la fusión son los mejorescandiáatospara Ia extrusión,ya que durante o pasandola extrusiónen una forma. El enfriado se realizapor sóplo de aire, por rociado con agua la aberturadel dado se hace cuba o depósitode agua.A fin de compensarla dilataciónen el dado, Algunasvecesseestide un largosuficientepararemoveralgo de la memoriadel polímerofundido. ra la extrusiónpara compensarla expansiónde la dilataciónen el clado. para formas no redondas,la aberturaclel dado se diseñaco¡l una sección ligeramenteclif'eprovee la correcciónde la fbrma' rente del perfil deseaclo,así el efecto de la expansiónen el clado La fbrrua de la seccióndel Esta corrección se ilustra en la figura 15.9 para una seccióncuaclracla. exhiben diferentesgradosde dado dependedel material a extruir, ya que los diferentespolímeros

comomaterial regulares paraformassólidas FIGURA15.g (a)Vistalateralde la secciónde un dadode extrusión

en el daclo es evidente en anlbas redondo; (b) vista frontal del dado con el perfil de la extrr¡sión.La clilatación para mayor claridad' omiten o se simplificaclas están dado del vistas.Algunos detalles de la construcción

Placa rompedora

Cilindroextrusor

Entradaconvergentedel dado Dado Arillode sujeción

Dado de extrusión Perfil de la extrusión

Tamañode la aberturadel dado (D¿paraforma redonda) Longitudde la del dado, L¿ abertura Polímerofundido (b)

Sección15.2lExtrusión

321

FIGU R A 15.9 (a)S ecci ó nt r ansver sal del dado mostrandoel perfil requerido paraobtener(b) un perfilcuadradode extrusión. Placa rompedora

SecciónA-A

Cilindrode extrusión - B Mafla Direcciónde flujo de la fusión

Sección B_B

3@

Patas de araña (3)

.4>

v - B

Patas de araña (3) Canaf de aire

_-------""-'

A I I

Entradade aire

huecascomo ductos FIC URA15. 10 V is t ala te radl e l c o rtec l eu n d a d od e e xtrusi ónparaformarsecci ones lugar;fa sección su en mandril el y tubos;la sección A-Aes una vistafrontafque muestracómo se sujeta dado causauna el en fa dilatación def dado; salir de tubularpoco antes B-B muestrala seccióntransversal (AlgLrnos simplificados.) están de construcción detalles mayoren el cliámetro. clime¡rsiírn

clilataciónen el clado.Se requiereconsiderablehabilidad y juicio para diseñar un dado para seccotnplejas. cionestranversales Perfiles huecos La extrusión de perfiles huecos,como tubos, ductos, manguerasy otras tfpleatlel dctltr seccignessimilares,requiereun mandril para dar la forma hueca.Una conflguraelón se muescomo se ilustraen l¿rfigura 15.10.El mandril se mantieneen su lugar usandouna araña, que soportanel rra er la secció¡ A-A de la figura. El polímero fundido fluye alrededorde las patas incluye fremandril El tubo. del ma'¿ril para volver a reunirse, formando la pared monolítica de la extrusión cuentelnenteun canal a través del cual se sopla aire para mantenerla forma hueca aguao jalando de abiertas cubas usando cluranteel e¡d¡recirniento. Los tubos y ductos se enfrían la extrusiónsuavemediantetanquesllenos de aguacon mangascalibradorasque limitan el diámetro exterior clel tubo, mientrasse mantienela presiónde aire en el interior. aisladoses y Recubrimientos de alambres y cables El recubrimientode alambres cables muestraen la figura l5' l I turode los procesoscleextrusiónde polímerosmás importante.Como se desnudo,mientrasésta para recubrinrie¡toclealambre. Lafusión de polímero se aplica al alambre

322

Capftulo 15 / Procesosde conformadopara plásticos Direcciónde fluio de la fusión

Polímerofundido

Placa romPedora

-". Secciones del dado

Tubo central

Salidadel mbre recubierto

Entradadel alambredesnudo

+

-+> v

v

Sello del vacío

I

I SecciónParcialdel vacío Y por eléctrico de alambre delcortede un dadopararecubrimiento FICURA15.11 Vistalateral simplificados' están construcción de Algunosdetalles extrusión. y el polímero para pasaa alta velocidada travésdel dado.Se aplica un ligero vacío entre el alambre durante el enfriapropiciar la adición del recubrimiento.El alambre provee la rigidez necesaria en grandes enreda se producto El miento, al pasarlo ya recubiertoa través de una cuba de agua. carretesa velocidadeshastade 10000 pie/min (50 m/seg).

15.2.4 Defectosen la extrusión peoreses la ft'actura de Los productosde extrusiónpuedensufrir numerososdefectos.Uno de los antesy duranteel flujo, la fusión inmediatamente fusión,en la cual los esfuerzosque actúansobre altamenteirregular' a travésdel dado, son tan altos que causanrupturasque originan una superficie por una agudareducción Como se indica en figura l5.li,la fracturade fusión puecleser causada contrastacon el flujo Esto la fusión. en la entradadel dado que causaun flujo turbulentoy rompe laminar uniformeen el dado gradualmenteconvergentede la figtrra 15.8. producto Un defectomuy común en extrusiónes la piel cletiburón, en la cual la superficiedel la pared cotl fricción la del daclo, se anuga al salir del dado.Conformela fusión atraviesala abertura

F f C U R A1 5 . 1 2 F r a c t u r a de la fusióncausadapor flujo turbulentoen la fusióna travésde una agudareduccióna la entradadel dado.

Extrusión Direcciónde flujo de la fusión -.-{>

v

S ecci ón15.3 l P roducci ónde l ámi nasy pe lí culas

Direcciónde flujo de la fusión

323

----.{>

v

(a)

(b)

del dado,ef cualpuede de la fusiónal fluira travésde la abertura 15.13 (a)Perfilde velocidacles FIGL,RA (b) del tallode bambú. formación pielde tiburóny llanrado al clefecto conclucir a travésde la seccióntransversal(figura 15.13).Esto procluceun perfil diferencialde velociclades ocasionaesf¡erzostensilesen la superficiedel materialque se estirapara igualar el movimiento más rápido ¿el núcleo central. Estos esfuerzoscausanrupturasmenoresque arugan la superficie. Si el graclientede velocidad se vuelve más grande,se forman marcasprominentesen la superficie que clanla aparienciade un tallo de bambú, de aquí el nombre de estedefecto más severo.

Las láminas y películastermoplásticasse producenpor numerososprocesos,los más importantes * son los basadosen el procesode extrusión.El término lámina se refiere a los materialescon un espesorentre0.020pulg (0.5 mm) hastacercade 0.5 pulg (12.5mm) y se usan paraproductostales como cristalespla¡os de ventanay material para termoformado(sección 15.9).El término pelícu' /rzse refiere a espesorespor debajode 0.020 pulg (0.5 mm). Se usanpelículasdelgadasparamaterial cleempaque(envolturas,bolsaspara abarrotesy bolsasde basura);las aplicacionesde películas rnás gruesasirrcluyencubiertasy revestimientos,por ejemplo cubiertasde albercasy revestle irrigaciórl. tirnielrtospnrac¿lt"tales 'ltltlos los ¡rrocesosque se exponetren esta secciónson continuos,operacionesde alta producción.Más clela nritadde las películasproducidashoy en día se hacende polietileno,en su maEl polipropileno,el cloruro de polivinilo y la celulosaregenerada(celofán) y'ría de baja dcnsiclad. utilizados,todosellos son polímerostermoplásticos. arnpliarnente so¡ otros r¡ater.iales Extrusión de lámina y película con dado de rendija Las láminasy las películasse protienela clucene¡ varios espesore,nlrdiunte extrusiónconvencional,usandoun dado cuya abertura cerforrna ¿e ¡¡a rencliiadelgada.La rendija puedetenerhasta l0 pies (3 m) de largo con un ancho Éste del dado. posible configuración una ilustra cano a 0.015 pulg (0.04 rnm). En la figura 15.14,se de que fluya i'cluye un conductodistribuidorque extiendela fusión de polfinero lateralmenfo'Bnteñ es la uniformidad a rravéscle la renclija(orificio clclgado).Una dificultad del método de extrusión experimentala que forma de drástico tlel espesora lo ancho del material. Esto se debe al cambio y de la temperatura fusión clepolínrerodurantesu paso a travésdel dado y a las variacionesde debido a que su la presión e¡ el claclo.Generahiente,los bordes de la película deben recortarse labiosajustaincluyen para los dados ayudara compensarestasvariaciones .rp.ro, es más grande. en el diagrama)que permitenalterarel anchode la rendija. bles (¡o mostraclos para alcanzar altas velocidaclesde producción es necesarioincorporar al procesode exlograconduciendo trusión,métodoseficientesde enfriamientoy recolecciónde la película;estose como la extrusiónhaciaun baño de templecon aguao sobrerodillos refrigerados inrnecliatar.¡rente importante más parece serel se rnuestraen la figura 15.15.El métodode los rodillos refrigerados * Errotras fuentesse cletrotnifraa estasdimenSiolrescomo hofaS'

. "''

324

de conformadoparaplásticos Capftulo15 / Procesos SecciónA-A

del flujoI Dirección de la fusión i Sacción8-B Conducto distribuidor

F

F

F

y pel íctrl as' F lc u R A 1 5 .1 4 C o n fi g u ra c i ópna ral a extrusi ónde l ámi nas

Cilindrode extrusión Cilindrode extrusión Rendijadel dado

Películaextruida

Rendijadel dado

Al secado y enrollado ,--> Al enrollado

-.-.-f>

v Rodillosrefrigerantes

la parasol i cl i fi car rá pi doo (b) rodi l l osrefri gerantes FIC URA15. 15 ( a)U s o d e b a ñ od e e n fri a m i e n to películafundidadespuésde la extrusión'

de los rodillos provocanel rápido enfriamientoy solidicomercialmente.Las bajastemperaturas cle alinrentaciónde los ficación en la extrusión,de hecho,el extrusorsirve como un clispositivo El procesoes notablepor rodillos refrigerantes,pero éstosson los que realmenteforman la película. puedenlograrseestre(5 susaltasvelocidad", á. producciónde hasta1000 pie/min rn/s).Además usadoen esteprochastoleranciasen el espesorde la película.Debicloal métodode enfriamiento ceso se le conoce como extrusión con rodillos refrigerontes' utilizado proceso de extrusión de película soplada Éste es otro procesoantpli¿tnrente la extrusióny parahacerpelículasdelgadasde polietilenoparaempaque.Su complejidadcombina referenciaal con describe el sopladopara producii un tubo de películadelgada;a continuaciónse tubo qtle se estirainmediadiagramade la t'igura15.16.El procesoempiezacon la extrusiónde ttn por inf'ladode aire a tamaño su tamentehacia urr]bu,y aún fundido, ,, .*punde simultáneamente más baja ("Jiost travésdel mandril del dado.Una línea del nivel de penetraciónde una temperatura largo de la burbujaque se line,,)marcala posicióndondeocurrela solidificacióndel polímeroa lo para Inantener mueve hacia arriba. La presión de aire dentro de la burbuja tiene qtle ser constante aprietanotra t¡ue presión, de rodillos uniformeel.espesorde la películay el diámetrocleltubo. Los Los rodillos guía y los vez el tubo antesde que haya enfiiado,mantienenel aire denfo del tubo.

Sección15.3 lProducciónde láminasy películas

325

Ftodillosde presión Rodillosaplanadores

Al carretede enrollado R o d i l l o sg u ía

Líneade + solidificación

PelículaplásticasoPlada

Dado del tubo

Exlrusor

de aire | ,n,,"0"

F IC U R A1 5 .t6

p ro c e s oc l es opl adode pel ícul adel gadatubul arparaal taproducci ón.

los rodillos de rodillos tle cor¡presiónse usantanlbiénparalirnitar el tubo sopladoy dirigirlo hacia compresión.El tubo plano es entoncesenrolladoen un carretefinal. mientras El efecto .1uepiocluceel sopladocon aire es estirarla películaen ambasdirecciones esto represense enf'rín.Cer¡o ,"rulto,lu, la películaadquierepropiedadesde resistenciaisotrópica, en una sola principalmente estira se material el t¿ru.¿r ve¡taja sobre otros procesosen los cuales de aire para presión y dirección.La facilidad con que puedecambiarsela velocidadde extrusión la con la controlar el ancho y el calibre áel material, son otras ventajasdel proceso.Comparándolo (por eso je fuertes más películas extrusiónen dado rendija, el método de película sopladaproduce del espesory la puedeusarseuna películainás delgaclapara empacarun producto),pero el control tubular (por forma en dejarse puede velocidaclde proclucciónson bajas.La película sopladafinal polfcular dÉlgBdnr do¡ eumlnl¡trnr pere ejenrplopara bolsasde basura)o puedencortarselos bordes paralelas. hojas y películasde hule (sección Calandrado El calandracloes un procesopara producir pasael materialiniahuladoscomo "i pvc plastificado.En el procesose 16.1.4)orermoplásticos y reducensu espesoral calibredeseacial a travésde una seriede rodillos que trabajanelmaterial El equipoes costoso'pero las velocidades clo.una clisposicióntípica se ilusrraen la figura 15.17. se aproximana 500 pie/min (2'5 m/seg)'se de producci(rnson altas;son posiblesvelocidadesque de los rodillos, presionesy velocidadesde requiere un estrechocontrol sobre las temperaturas al y altaprecisiónde calibraciónen la rotació'. E,lprocesoes notablepor su buen acabadosuperfici calandradoincluyencubiertasde PVC película.Los productosplásticoshechospor el procesode de albercas'botesinflablesy juguetes' parapisos.cortinasparabaños,mantelesde vinifo, cubiertas

326

de conformadoparaplásticos capítulo 15 / Procesos

I Uateriatde alimentación Y

MaterialPlano FIC U R A15.17 U na confi gtrraci ón típicade los rodillosen calandrado.

1 5 . 4 P R O D U C C IN D E F I L A M E N T OYSF I B R A S (HILANDERíA) de La aplicaciónmás importantede las fibras y filamentosson los textiles.Su tlso conlo material es un aplicacióncreciente,pero todavíapequeñaconrparada refuerzoen los plásticos(compuestos) es por con los textiles.Se puededefinir unafibra como una hebralargade material,cuya longitud de longitud lo menos 100 vecesmayor que el ancho de su secciónrecta.lJnfilantento es una fibra continua. Las fibras pueden ser naturaleso sintéticas.Las fibras sintéticasconstituyenactualmente los cercadelT5Vo del mercadode fibras, el poliésteres la más importante,seguidapor el nylon, el algodón acrílicosy el rayón.Las fibras naturalesconstituyencercadel257o del total producido, algoclón). del que la menor es el más importante(la producciónde lana es significativamente de El término hilandería es un vestigio de los métodos tradicionalesde estirado y torcido térmifibras naturalespara convertirlasen hitos o hilazas.En la producciónde fibras sintéticas,el de una a través no se refiere a los procesosde extrusiónde los polímerosfundidos o sus soluciones estiran y hilera (un dado cón múltiples agujerospequeños)para hacer filamentos, los ctlales se depensintéticas, fibras enrollanen una bobina. Hay tres variacionesprincipalesen el hilado cle diendo del polímeroque se procesa:l) hilaclofundido,2) hilado secadoy 3) hilado húmedo. El hitadofundictose usacuandoel polímeroinicial se puedeprocesarmediantecalentamiento, fusión y bombeoa travésde la hilera,a manerade una extrusiótrconvencional.Una hilera típi50 agujerosde diámetro0.010 ca tiene0.25 pulg (6.5 mm) clegruesoy contieneaproximadamente pulg (0.25 mm); los agujerosestánavellanados,y la perforaciónresultantetiene una relaciónLll) de solamente5/l o menor.Los filamentosque emanandel daclose estirany enfrían sintultáneamente al aire, antesde colectarsey devanarseen una bobina,eslo se ilttslraelt la figura 15.18. sigrtificativtlde los Mientrasel polímeroaún estáfundicloocurreun alargamientoy adelgazanlienttl filamentos,de maneraque el diámetrofinal del filamentodevanadoen la trobinaptredeser ta¡rsolo unadécimapartedel tamañoextruiclo.El hilaclofundiclose usa¡rarael poliéstery el nylon' qtle son las fibras sintéticasmás importantes.El hilado fundido es el nrás irnportanfede los tres procesos para fibras sintéticas. por En el hilado secado,el polímero inicial es una solucióncuyo solventepueclesepararse evaporación.La extrusiónse jala a travésde una cámaracalienteque remueveel solvente,por lo demás,la secuenciaes similara la previa.Las fibrasde acetatode celulosay de acrílicoseproducen medianteesteproceso.En el hilado húmeclo,el polímerotambiénes una solttción,exceptoque el solventeno es volátil. Parasepararel polímero,la extrusióndebepasara travésde un líquidoquímico que coagulao precipitael polímero en la forma de hilos coherentes,los cualesse colectanen bobinas.Estemétodose usa para producirrayón (fibrasde celulosaregeneracla).

Sección15.5 lProcesosde recubrimiento Tolva afimentadora

327

Gránulosde polímeros

Unidad calefactora Polímerofundido

Hilera

I Regiónde estiradofundido

-tJ

I

l

I

<-

Enfriamiento con aire

Acondicionamiento con vapor (humedad) Rodifloalimentador

Bobina(enrollado)

1 5 . 1 8 H i l a d of u n d i d o FfCURA d e f i l a m e n t oc so n t i n u o s . Los filamentosproducidospor cualquierade los tres procesosse sujetanposteriormentea un estirado en frío para alinear la estructuracristalina en la dirección del eje del filamento. Los irlargamientosrle 2 a 8 son típicos |l2l. Esto tiene el efecto de un incrementosignificativo en los esfuerzosde tensión en las fibras. El estiradose realiza jalandolos hilos entre dos carretes,donde el carreteque enredacorre a una velocidadmás rápida que el carreteque se desenreda.

1 5 . 5 P R O C E S ODSE R E C U B R I M I E N T O E,lrecubrimientode plásticos(o hule) involucrala aplicaciónde una capade un polímerosobreel material del sustrato.Se distinguen 3 categorías:l) recubrimientode alambresy cables;2) recubrimiento planar,el cual involucrael recubrimientode una películaplana;y 3) recubrimientode contorno,el recubrimientode un objeto de tres dimensiones[5].Hemos examinadoque el recubriun procesode extrusión.Las otrasdos miento de alambrey cable (sección15.2.3)es básicamente categoríasse describenen los párrafos siguientes.Además, existe la tecnologíade aplicaciónde pinturas,barnices,lacasy otros recubrimientossimilaies(sección33.5). El recubrintientoplanar se usa para recubrir telas, papel, cartón y hojas metálicas;estos artículosconstituyenlos procluctosprincipalesde algunosplásticos.Los polímerosimportantes de menorimportanciaal nylon,al PVC incluyenal polietilenoy al polipropileno,y con aplicaciones

.,*-oi¡fll

328

de conformadoparaplásticos Capítulo15 / Procesos Surtidorde Polímero

Surtidorde Polfmero

-+

Alimentación

v

Larre'tede enrollado

'4

Materiaf,^""

Materialbase

Rodillosde presión (a)

Alimentación

v r

j

Bisturf (Doctorblade)

Rodillosde presión (b)

(Doctorblade)' p l ano:(a) métocloclerodillosy (b) métodode bistrrrí d e re c u b ri m i e n to F I CURAt 5. 19 P ro c e s o

cle0.0005a 0'002 pulg (0'01 a 0'05 y al poliéster.En muchoscasos,el recubrimientoes solamente planarse ilustranen la figura mm) de grueso.Las dos técnicasmás importantesde recubrimiento clepolímerose comprimecontrael 15.1g.En el métodode rodillos, el recubrimientodel material histttr'í,tllt borde afilado contrtlla la cansustratopor medio clerodillos opuestos.En el métocloclel el nraterialde recttbriEn atnbtlsc¿lsos, tidad de fusión de polímeroque se aplicasobreel sustrato. o cladode renclija por calandraclo' miento se alimentaya seapor un procesode extrusióncon se puederealizarpor inlttersiórl El recubrimientode contorno paraobjetostridimensionales cle fusión o soltt. La inmersiónimplica sumergirel objeto en un baño apropiado o por aspersión La uspersiórles ttn método alterción de polímero, aplicando,n ,"guida un enfriamientoo secaclo. sólitlo,como pintura con pistolade nativo para aplicar un recubrimientode polímero a un objeto aspersióno atomizador.

,

se calientahastaun estacloaltalnen El moldeopor inyecciónesun procesoen el que un polírnero un rnoldedondesolidifica'La par plásticoy se hacefluir bajo attapresióndenrrode la cavidadde El procesoproduceconlponent moldeada,llamada ntoldeo.se remueveentoncesde la cavidad. ciclo típico de producci< o discretosque son casi siempreformasnetas.La duraciónclel separados o lnayores.El nlolde tuntbit es de l0 a 30 segundos,aunqueno son raroslos ciclos de un ntinuto piezaslltoldeatlast nrúltiples pugde,tenermás de una cavidad,de maneraque se pueclenproducir cadaciclo. la linritaciónes l¿t y El moldeo por inyecciónpuecleproclucirformas intrincaclas cotrtplejas, el ltlok que la pieza;adenríts, capacidadde fabricarun molde cuya cavicladtengala rnisrnafornra hasta50 | ol'lz¿ls tlnaspoc¿ts debepropiciarlaremoción de lapieza.Los tamañospuedenv¿rriartle r y def'eltsas refrigerador de por componentescomo puertas el límite superiorestárepresentado determitrala fbrma y el tamaÍ automóviles.El molde dé inyecciónes la herramientaespecialclue cielttoscle dólares.Para part de la pieza,parapartesgrandesy complejaspuedecostarvarios pero tartrbiélles crlsltlso.El llloldeo¡rorirlye caviclacles, pequeñaspuedeconstruirsecon múrltiple.s ción sólo es económicopara produccióna gran escala. para los termoplástictls' El moldeo por inyección es el procesomás amplianrenteusado transv€ el encadenatlriento Algunosmoldespara inyecciónde elastómeroso termofijosperlniterl operació cle los paránretros sal de estos materialescon rnoclificacionesen el equipo y en la secciónl-5'6'6' en inyecciótt por del moldeo éstasy otrasvariaciones Analizaremos

Sección15.6 lMoldeo por inyección

329

1 5 . 6 . 1 P r o c e s oyse q u i p o El equipo para el moldeo por inyección evolucionó a partir de la fundición de metalesen dados (véasenota histórica 15.I ). En la figura 15.20se muestrauna máquinagrandede moldeo por inyección. Una máquina de moldeo por inyección, como se ilustra en nuestrafigura esquemática15.1, principales:l) la unidadde inyeccióndel plásticoy 2) la unidadsujeconsisteen closcomponentes tadoradel molde. La unidad de inyecciónse parecemucho a un extrusor.El sistemaestáformado por un cilindro conectado,en uno de sus extremos,a una tolva de alimentaciónque contieneuna provisión de pelets cleplástico. I)entro del cilindro hay un tornillo cuya operaciónsuperaa la del tornilfo cleextrusiónen el sentidode que ademásde girar para mezclary calentarel polímero, tambié¡ actúaconro un érnbolo que mueve rápidamenteel plástibofundido hacia adelantepara inyectarlo en el nrolde. Una válvula de no retorno,montadacerca de la punta del tornillo, previeneque la f'usitirrfluya haciaatrása lo laryo de la roscadel tornillo. Al final del ciclo de moldeo el émbolo vuelve a su posición original. Debido a esta acción dual se Ie llama tornillo reciprocante,cuyo nol¡bre iclentifica al tipo de máquina.Las máquinasantiguasde moldeo por inyecciónusabanun é¡rbolo sirnple(sirrla hélice cleltornillo), pero actualmentela superioridaddel diseñodel tornillo reciprocantelra llevacloa extendersu utilización en las plantasde moldeo. Para resumir, las funcio¡es ¿e la ¡nidad de inyecciónson l) fundir y homogeneizarel polímeroy 2) inyectarla fusión ell la cavidatlclelntolde. L,aunidud clesujet'ión tieneque ver con la operacióndel molde. Sus funcionesson: 1) mantener las dos rnitadesdel molde alineadascorrectamenteentre sí,2) mantenercerrado el molde clurantela irryecciónaplicandouna fuerzade sujeciónsuficientepara resistir lafuerza de inyecpión y 3) abrir y cerrar el molde en los momentosapropiadosdentro del ciclo de moldeo. La unidad de (cortesía de con3 000ton de capacidad FICURA15.2O Unamáquinade moldeopor inyección C i n c i n a tM t ii l a c r o n ) .

de conformadoparaplásticos Capftulo15 / Procesos

330

Tolva alimentadora

Cilindro

Calefactores

TornilloreciProcante

CilindroParael Pisón deltornillo

Placa estaclonarla Placamóvil Barras tensoras (4)

Cilindro de suieción

Boquilla ---lr--r I l--1 l l l l l - - l

parala rotación

Cilindro hidráulico

no retorno

|

Unidadde inyección

l

-l

, r -:r- ) )^

a,.i^^iÁn Unidadde sujeción+l

l

' 15. 21 Diagr a m ad e u n a má q u i n ad e m o | d e o p o r i n y e c c i ó n c | e t o r r r i l | o r e c i p r o c . r n t e , a | g t t t l o s FfC URA detallesmecánicosestánsimplificados' Placa móvil Válvulac

<-

#

--+ v

F

vrF

Solidificando

Pieza moldeada

Polímerofundido fresco para la próxima inyección

+

<-

F

N

(2) l a fusi ónse i nyectaen l a cavi dad'(3) (1 ) F| CURA15. 22 Cic lo t íp i c od e mo l d e o : m o l d ec e r rado, el tornillose retraey (a) el molde se abrey se retirala Pieza.

y un mecanismoparaaccionarla placamóvil' sujeciónconsisteen dos placas,una fija y otra móvil, operadapor un pistón hidráulicotl por clisEl mecanismoes básicamenteuna prensade potencia máquinasgrandespuedengenerarfuerzasde positivosmecánicosarticuladosde varios tipos. Las sujeciónde varios miles de toneladas' procedesegútnla secuenciade El ciclo de inyecciónpor moldeode polímerostermoplásticos empiezacon el molde abiertoy la máquina la figura 15.22,quese ilustraa continuación.La acción colocael molcley se sujeta'(2) una por(i(tn de lista para iniciar un nuevociclo clemoldeo.(l) se

15.6lMoldeopor inyección Sección

331

y trabajo mecánicoen el la frsión a temperaruray viscosicladcorrectas,obtenidapor calentamiento se enfría al contactocon la tornillo, se inyecta a alia presión en la cavidad del molde. El plástico mantienepara compactar superficie fríadel molde yempieza a solidificar.La presióndel émbolo se el enfriado.(3) El tornila fundición aclicionalenia caviclady compensarasí la contraccióndurante el polímero fresco llo gira y se retraecon la válvula de no retorno abierta,para permitir que fluya se ha solidificado coma la siguienteporción del cilindro, mientrastanto, el polímero en el molde pletamente.(4) El molde se abre y expulsala partemoldeada'

15 . 6 . 2 E l m o l d e se diseñay fabrica a la medida de El rnolclees la herramientaespecialdel moldeo por inyección, de la parte, el molde se reemplaza la pieza a producir.cuanclo termina la corrida de producción varios tipos de moldes para por otro ,.,revopara la parte siguiente.En esta secciónexaminamos inYecciórt. se ilustra en la figura 15'23, Molde de dos placas El ntoldede dosplacas convencional de sujeciónde la máquina' cuando la corsisree' dos rnitadessujetasa dos placasdo la unidad se abrencomo se muestraen (b)' La unicladclesujeciónse abre,las dos nlitadesdel molde también generalmentepor remomás obvia del molde es la cavidad,a la cual se le da forma característica conteneruna sola cavidad o múltiples ción del r'etal clel par tle superficies.Los moldes pueden un molde con dos caviparaproclucirmás de una piezaen cadaciclo. La figura muestra caviclacles en una vista de la seccióndel molde) dacles.Las .'r¡re('ic'iesclese¡nr.ación(o plano de separación pieza' son las partesdonde se abre el molde pararemover la molde tienen funciones indispensables del Acler'ás cle Ia cavidad, otras características distribuidor por donde fluye el polímerc duranteel ciclo de moldeo. El molde debe tener un canal El canaldistribuidorconsisteen (l) un fundido, de la boquilladel cilindro a la cavidaddel molde. al mol de; (2) conalesde alimentación' sut.Íidot.o bebederoque conduceel plástico de la boquilla pol inyecciónde termoplásticos: cler.rnnroklerle rlosplacaspara rr1olcl:o Fl(;LJRA15.2l Dc,talles dos partesen formade copa prnclucir para (a)r:e.rrado y flr) alrierto.El nrolrletierredos caviclacles (setntletstta la secciírlrtratrsvcrsal)' Placa estacionaria Canalesde agua Pernos eYectores

Parte moldeada (cavidad)

Placa eYectora (tambiénllamadaPlacade golPeo)

Alimentador Bo quilla Bebedero

Línea de seParación-

Manguito Placade pernos eyectores

de bebedero

--- PernoseYeclores (a)

(b)

lllilll

1 332

paraplásticos de conformado Capftulo15/ Procesos los cualesconducendel surtidora la cavidad(o cavidades)y (3) puertasque restringenel flujo del plástico a la cavidad.Hay una o más puertaspara cada cavidaden el molde. Se necesitaun sistemade eyección paraexpulsarde la cavidad las partesmoldeadasal final del ciclo. Los pernos eyectoreso de expulsión, construidosgeneralmenteen la parte móvil del molde,cumplencon estafunción.La cavidadse divide entrelas dos mitadesdel molde,de manera que la contracciónnatural del molde hagaque la parte se pegue a la mitad móvil. Cuando se abre el molde, los pernoseyectoresempujan la parte fuera de,la cavidad. Se requiereun sistemade enf iado parael molde. Esteconsisteen una bornbaexternaconecdel plástico tada a los pasajesde circulación de agua a través del molde para remover el calor A travésde polímero. cslientc.También se debeevacuarel aire de la cavidaddel molde al entrarel los claros de los pequeñospernos eyectoresdel molde pasa una gran cantidad de aire. Con frecuencia se maquinan delgadasventilas de aire en la superficiede separacióndel molde, de solamente 0.001 pulg.(0.03 mm) de profundidady de 0.5 a 1.0 pulg (12 a 25 mm) de ancho,estos canalespermitenque escapeel aire al exterior,pero son demasiadopequeñosparaque la fusión viscosadel polímerofluya a ravés de ellos. para resumir,un molde consisteen: I ) una o más cavidades(lue determinanla ftlntla de la parte,2) canalesde distribucióna travésde los cualesfluye el polímero fundido hacia las cavidades, ¡) un sistemade eyecciónpara removerla parte,4) un sistemade enfriadoy 5) ventilaspara permitir la evacuacióndel aire de las cavidades. Otros tipos de molde Los moldesde dos placasson los más conlunesen el molcleopor inyección. Una alternativaes el molclede tres plac'as,mostradoen la figura 15.24 para la misnla parte del molde anterior.Este diseño de molde poseealgunasventajas.Primero, el flujo del plástico fundido pasaa travésde una puertalocalizadaen la basede la parteen forma de copa, y no a un lado. Esto permite una distribución más homogéneade la fusión en los lados de la copa. En el diseño de puerta lateral en el molde de dos placasde la figura 15.23,el plástico fluye alrededordel corazóny se junta en el lado opuesto,creandoposiblementeuna debilidad en la línea de soldado. Segundo,el molde de tres partespermite una operaciónmás automatizadaen la rnáquinade moldeo. Al abrir, el molde se divide en tres partescon dos aberturasentre ellas. Esto fuerza la separación de las partesdel canal alimentador,las cualescaen por gravedaclen diferentesrecipientes debajo del molde (con la posible asistenciade aire sopladoo un brazo de robot).

FfCURA15.24 Molde de tresplacas(a)cerrado(b) abierto. Placa estacionaria Placa estacionaria del molde

Pernoseyectores Placa móvil

Placaintermediadel molde

Caja de eyectores Placade eyectores

Casquillo del bebedero

Pernos eyectores

moldeadas

Placa intermediadel molde

(a)

(b)

Sección15.6/Moldeoporinyección

333

convencional El surtitlor (o bebeclero)y el canalde alimentación(o alimentador)en un molde puede desperdicio de dos o tres placasrepresentamaterial de desperdicio.En muchos casoseste de plástico molersey volverse a usar; sin embargo,en algunasocasionesel producto debe'hacerse del la solidificación virgen (no usadopreviamente).El molde de alimentaciónen calienr¿elimina de alisrrtidor y del canal, emplazandocalentadoresalrededorde los canalescorrespondientes aún se que material el molde, mentación. Mientras que el plástico solidifica en la cavidad del listo para ser inyecencuentraen el surticlory .n 1or canalesde alimentaciónpermanecefundido, tacloa la cavidaden el ciclo siguiente.

s e m o l d e op o r i n y e c c i ó n 15 . 6 . 3 M á q u i n a d en ambaspartes,la unidadde inyecdiferencias de rnoldeopor iny:cciónpresentan Las mácluinas de máquinas ción y la unicladde sujeción.Esta secciónexaminalos ¡lpos más..importantes en generalmente hoy en día.El nombrede la máquinade moldegpgr inyecciónsebasa disponibles el tipo cleunidadde inyecciónqueseutiliza' dos tipos de unidadesde inyección.La Unidadesde inyección Se usanampliamente (sección15.6.1,figuras 15.21y 15.22)es la máscomún'El dinúquirn de torttillo recíprocante La unidadalternativa señousael mismocilindroparala fusióny parala inyeccióndel plástico. semuestraen la como polímero' el incluyeel usode cilindro, ,.puradosparaplaitificare inyectar o máquinade dosetapas' de tornillopreplastificador Estetipo r" ilu*u máquinra figura 15.25(a). tornillo paramover el La tolva alimentalos peletsde plásticoen la primeraetapay utiliza un y fundirlo.Estecilindroalimentaa un segundocilindro,queusaun émbopolímerohaciaadelante cilindroimpulsadopor un lo parainyectarla fusiónen el molde.Las máquinasantiguasusabanun máquinasde moldeopor émboloparafundir e inyectarel plástico.Estasmáquinasson llamadas ínyect'ióntipo énúolo, figura15.25(b)' tres tipos: [10] Unidadesde sujeción Los diseñosde la sujecióno de prensadoson de uno de diseños, varios incluye La sujeciónarticulada articulados,hidráulicose hidromecánicos. adelante, hacia transversales mueveloscabezales accionador éstosseilusrraen la figura 15.26(a).Un la posiciónde cerrado'Al hacia móvil placa la paraempujar articulados los eslabones extendie'clo perocercadel final es principioclelnrovimientola potenciamecánicaás bajáy la velocidad alta, así,altavplocidady proporcionan articulados tle la corritlala situaciónse invierte.Los sujetaclores Los sujetadores sonnecesarios. del ciclo cuandodichosparámetros altafuerzaen puntosdiferentes por motoreseléctricos'La aniculadosseaccionanya seapor cilindroshidráulicoso tomillosmovidos de l a fi gura15' 21: reci procante FIC URA 15. 2s Dos s i s te m aasl te rn a ti v ocsl ei n y e c ci ónparael torni l l o (a )tor nillopr e plas t i fi c a d oyr (b )ti p o é mb o l o ' Tolva alimentadora

I

Tolva alimentadora

Calefactores

'

Plásticofundido

Calefactores E t a p a l* {

l'a I t\/ w

Boquilfa Boquilla

Etapa 2 ---->

Plásticofundido (b)

(a)

'-[ _

334

de conformadoparaplásticos Capítulo15 / Procesos Placa estacionaria Cabezal

Placa estacionaria

Eslabonesde cabezal

¡ l

| l

l_-l

1 l l L-r I r-L-l---

Cilindro accionador

Cilindro Eslabones

Placa móvil

(b)

(a)

hidráulica, (1)abiertay (2) cerrada; (a)sujeción articulada, Y (b)sujeción de sr-rjeción: F t c u R A1 5 . 2 6 Do-scliseños placas. las de movimiento el guían que tensoras lasbarras ( l ) a b i e r tya( 2 )cerracla. No semuestran La unidad clesujeción articuladaparecemás adecuadaparamáquinasde tonelajerelativamentebajo. por inyecsujeciónhidráulica, que se muestraen la figura 15.26(b),se usa en máquinasde moldeo son más ciírn tle alto to¡elaje, típicalnentede 150 a I 000 tons (l 300 a 8 9(D kN). Estasunidades posiflexibles que la de sujeiión articulada,ya que hacenposible fijar el tonelajeen determinadas usualtonelajes, grandes para ciones clurantela corrida. Las sujecioneshidromecánicasse diseñan para mover mente más cle I 000 tons ( 8 900 kN), operan mediante: l) uso de cilindros hidráulicos y 3) mecánicos por medios posición en rápidamenteel molde hacia la posiciónde cerrado,2) cierre uso de cilindros hidráulicosde alta presiónpara cierre final y acumulaciónde tonelaje.

1 5. 6 . 4 C o n t r a c c i ó n conLos polímerostienen altos coeficientesde expansióntérmica,y duranteel enfriado ocurre una teralgunos tracciónsig¡ificativa del plásticoen el molde. Despuésde la inyecciónen el molde, pl6r" moplásticosexperimentancontraccionescercsnasal lOToen volumen, La eontrncciÚnde lor se expresa ticos cristalinos tiende a ser mayor que la de los polímeros amorfos. La contracción la tempedesde como Ia reducción de las dimensioneslinealesocurrida duranteel enfriamiento, apropiadas raturade molcleohastala temperaturaambiente paracadapolímero dado. Las unidades típivalores los dan se l5.l la tabla sonpulg/pulg(mm/mm) parala dimensiónque se considere.En cos parapolírnerosseleccionados. presentesen los plásticostienden a reducir la contracción.En la Los rellenoso rellenaclores para prácticadel moldeo comercial,es necesarioobtenerdel proveedorlos valores de contracción del los compuestosespecíficosclemoldeo antesde hacerel molde. Las dimensionesde la cavidad Se contracción. la compensar de fin a molde deben ser mayoresa las que se especificanen parte, puedeusarla siguientefónnula [14]:

D,:Dr*DrS+DpSz

(15.1e)

15.6lMoldeopor inyección Sección

335

TABLA 15.1 Valorestípicosde contracciónparamoldeadode plásticos selectos Plástico

pulg/pulg (mm/mm) Contracción,

Te rmo p l á s ti c o s ABS Nylorr-6,6 Policarborlatcr P o l i e ti l e rro Policstirelltt

C l o r u r od e ¡ r o l i v i n i l o Termofijos Fenólicos

0.006 0.020 0.007 0.025 0.004 0.005 0.010

R e c o p i l a ddae l 1a l .

= moldeada,pulg donde D, = dimensiónde la cavicladen pulg (mm); Dp dimensiónde la parte (mrn) y S = valores clecontracciónobtenidosde la tabia 15.1. El tercer término del lado derecho corrige la contracciónque ocurre duranteel proceso.

en el moldeopor ¡nyección 15.3 Contracción ETEMPLO la dimensióncoLa longitud nominal de una parte hechade polietileno es 3.000 pulg. Determine ,r.rpondiente de la cavidad del molde que debe compensarla contracción' = pulg/pulg.Usando la Solución: De la tabla 15.1, la conrraccióndel polietileno es S 0.025 ecuación15.19,el diámetroclela cavidaddel molde debeser

+ 3.0(0.025)2 D, :3.000 + 3.0(0.025) pulg - 3.000+ 0.075+ 0.0019- 3-0769 del nlolde parael polímeroparticularque se va a las dirnensiones Es claro que ¡etre¡ cletenninarse polímeros', rnolclear.El r¡ispro nlolde proclucirádiferentestamañosde partepara diferentestipos de En la contracción. de bruto en Los valoresen la tabla l5.l representanuna simplificación magla realidad,la contracciónes afectadapor muchosfactoresy cualquierade ellos puedealterar son la nitud de la contracciónexperimentadapor un polímero dado. Los factoresmás importantes pieza, la de y espesor el presiónde inyección,el tiempo de compactación,la temperaturade moldeo rtrolcloy la Al aumenrarla presión cle inyección, re fuerza mds mnterinl dentro de la cnvitled del tiene un efectosimilar, asumlencontracciónse re4uce.E,lincrementodel tiempo de compactación de la presiónfuerza más do que el polírnerono se solidificay sella la cavidad;el mantenimiento Por tanto, la contracciónneta materialclentrode la cavidadmientrasque tiene lugar la contracción. es reducicla. en el cilindro inmediataLa temperaturade moldeo se refiere a la temperaturadel polímero de polímero más alta incremente antesde la i¡yección. se podría esperarque una temperatura y la ambientees mayor' sin mentarala contracción,ya que la diferencia entrá dicha temperatura más altas.La explicación embargo,la conrracciónes realmentemás baja atemperaturasde moldeo del polímero fundido, viscosidad la disminuyensignificativamente es que las alr¿rstenrperaturas que la inyección que se compactemás rnaterialdentrodel rnolde;el efectoes el mismo pernritierrclo una mayor diferenciade tema altaspresiones.Entonces,el efecto sobrela viscosidadcompensa peraturas.

i36

de conformadoparaplásticos Capltulo15 / Procesos

exteLa piezasolidificadel contracción' mayor exhiben que crece las partesmásgruesas Finalmente, moldeformauna cáscara ,up"rii.i"-.9r1 i; ."; contacto en la puertasesolidifica'aislando rior ar irrerior; er polí'rero solidiiicación' cuandoesto En algúnpunro;;;;";;ia haciaer cenrrode la parre. y de tapresióndecomPactación' 0..il;;;ción ¿J-rirtl*u iontracciónremanente' el nrarerialen la cavida¿ representt;;;t" ríadela cáscara ra de i."rr" una altaproel polímerofundid" sucede, másgrande'ya que contiene .on,ru..ión una experimenta Ura secciónmásgruesa fundido' Porciónde material

e l n l o l d e op o r i n y e c c i ó n 1 5 . 6 . 5 D e f e c t o se n

Algunosdefecy puedenfa'ar muchascosas' un.proceso_::mplicado es El rnolcleopor inyección por inyecciónsonlos siguientes: moldéadas partes las en comunes tos la incrementando Er defáctopuedeconegirse ri^.uuiaud. con por el uso de una máquina do antesde ilenar.o*-pr.tumente ,u*ui¿n puede";ü;;; efecto El másgrande' o la presión. renrperarura ó n"""rita unamáquina caso cuyo en credosiri.u.ioninsuficiente, capáciclad pf'not 9" tY:""ión' El ocurrir urr.¿"¿orde los puede también el molde'2) pre' enrrelas parresdel molde; y clarosmuy grandesen ventilas t) po, de sujeción'3) temperatura defectoes causadogeneral,n-"n,: comparadas ,on tu fi'terzade artas sionesde inyeccióniemasiado excesivode la dosis' altao 4) tamaño fusióndemasiado moldesoru 'up"'ficie exteriordel ."r"¿" marcahundidaocure por debajode gruesascrera pr""i.ü;" quela costrasedeprima causa intemo del material sin embargo'el ridifica,peroru.ontrucción ,niráo fenómenobásico; el por 1."r, interhuecor" semanifiestacomoun hueco ra superficienomrnal.un cont;;;;l¿; la y rerienesu forma Estosdefectospueden nrarerialde la superficie .r porii"'o u'in run¿ido' ,.nJiáná ru u quesiguea la inyección'una no debidoal alto esfuerzo ,o*puctación i" d;;;resión y usandosecrenersuorigen.n un incremenr" purutenersecciones con espesoruniforme parte la r'ejor soruciónes diseñar en la encuentran ,uuidaddel moldey se tu "n ¿"tutt.l-.onvexos y puedentenerprodor de un corazónu otros 'u*un líneassoldadas ,. altasde direcci(rnopresra;ros lírnite: lrit"rrados restode la parte'Las temperaturas del las a inferior., la pieza piedadesmecánica;ó; son alternasde las puertasen rocalizaciones r*, o. iny..lián, fusión,las presion* utru, yunamejorventilaciónsonformasdeevitarestedefecto.

d e n l o l d e op o r i n y e c c i ó n 1 5 . 6 . 6 O t r o sp r o c e s o s

Algunas involucraa los termoplásticos' inyección por de mordeo La granmayoríade apricacionesen estasección' describen variantesrJelprocesose plásticastienenunagran Lasespumas termoprástica sec' esp-uma de y su p'otttu*iento en la Mordeo por inyección ,uo'materiales un moldec uun.uundorevisaremo, debidou qut setratade variedadde aplica.i";;; uno de dichosp'ort'o' aquí qu" po'"en rlna superficit ción l5.l r, es aproproJo'ánutizarmoldeode parresil;"plástico relació¡ al Dichapu"" ii"n" unaalta por inyección.Nos referiremos ;;pu*u ¿" p*io ilg;;": d' ;" moldeo coraró" un a término ro,lean.ro clensa t't'uttu'uLt' y el exterr¿r aplicacionri nprupiu,ro-iuru la h¿rce clerigiclezal peso,qr¡e proceso. algunasvecesparaeste trsa se estt.ttt,tttl.rlll n,pui,u

SecciÓn15'6 lMoldeo por inyección

337

en la unidaddeinyecciónun introduciendo partesde espumaestructural, se puedenprocrucir los peletsiniciales' un ingredienteproductorde gascon gasen el plásticofunclidoo mezclanio en la cavide materialfundidoes forzadoa entrar insuficiente cantidad una Durantela inyección, de la espuma'encon(seespuma) parallenarel molde.Lasceldas que clacldel moldey allí seexpande paraformaruna superficiedensa'mientras revientan ,. mold., del fría superficie estructural tactocon la celuiar.Los artículoshechosde espuma estructura el materialen er ;orazónretienesu de mueblesy tanques paramáquinasde negocios,componentes cajas erectrónicas, cajas incluyen son las bajasprede espumasestructurales moldeado crer u.ntu¡u, Las grandes' paranráquinasravacloras. asíla producciónde componentes posibilitando .*j..ión, ,1. firerzas y inyecci.' la parte cle de siores del procesoes quela superficie desventaja una prece¿Áte. rista la e' de la superconrose sugiere un buenacabado huecos.si la aplicaciónnecesita ocasiona cual lo rugosa, ser chapa' a una de tiende .o*o ii¡uaoy pintura,o la adhesión adicionar procesamiento un ficie serequiere con se puedenlograrefectosespeciales procesosde moldeadopor ¡nyecciónmúltiple inyectar polímerosse pueden polímerosen un molde.Los la inyecciónrnúltiplede diferentes del molde'Bajo esteconcepp*á* inuorucrarvariascavidades I secuencialmenr", o el equipo simurtánea por doso másunidadesde inyección; caracterizados ellos todos to caenvariosprocesos,

ras unopara 'ill"1:i;:::,,"l"li,iiÍ,iil::::il,:'J,llllil;e¡ci:1 separados; ou'u porímeros ded,os de

es típicamenteuna espuma y er orro puru'.ilJrl"::Ti" parte ra de el externas superficies de flujode los dospolímerosen controlala secuencia especial diseño de boquilla matepor el polírnero.una quederodeadocompletamente paraque "i porirero del núcreo de morde;estácriseñacla a la estructura la piezade e. La"rrryJ:"r.r ñLT::imilar morrl del cavidaá la en limita-' rial superficiar lisa,venciendoasíunade las mayores superficie una piezatiene la espuma.sin embargo, distintos'con características puedeconsistiren dos plásticos Además anterior. proceso cionesder

dedos secuencial Para ProPias *lilt:, '::l,f"i: el 33r:'HoJoto'o porinvección inyecta se '';#l'#ón primeraposición el moldeen la con ¿o, posiciones. polímerosdentrocleun molde¿" posicióny sehaceunaseguna la segunda cambia el molde o"rpué, caviclacr. la en porírne' primer parteformadapor dosplásadicional.El resultadoes una .oui¿ud la en fusión de la cle da inyección seusaparacombinarplásticos iryección.dobte po,: Ermordeo o para ticosc''ectacl.si*tegr-arnrenre. de los automóviles) rosdifusoresde las lucestraseras ejemplo, (por corores crosclifer.e'tes de la mismaparte' secciones en diversas r logrardil'ere'tespropieilatles

plásticostermoldeopor inyecciónse usacon El termofiios de de opeMordeo por inyección en el equipóy en los procedimientos modificaciones ciertas con TS), i'glés (e' inyecciónde nrofijos,TF Las *aquinu, puturnoldeopor transversal. encacrenamiento er racionesparapernritir unaunidadde inyeceióncon usadaspnrnlor re'nopl6rticon'ütilizan ras a sirrirares ,o,i el'curadoprematuroy la ternrofiio, cor;;;;u-*i'ut más ei cilindro ¿.t en el cilindro ror'iro reciproc:*re,peroru rongituo por la mismarazón,lastemperaturas TS. polín-rero oc)' soriclifica.ió;J; dependiendo correspo'dierre (50 al25 bu3or,uruuhente 120 a260"F relativam"nt. niveres a de a través una tolva' semantienen peretso granurosalimentaal cilindro cre forma en plástico El la boquilla' crelpolínlero. giratorio,al moverel materialhacia torniño der acción ra por ocurre en el moldecalentaLa prastificación fundiáoen el tornillo' seinyecta material ,ufi"i"nte el acumulado ha queendurece cuanclose transversal el encadenamiento o.urr" dond. a230oc), (150 rlo entre300y 450.F I,a duracióndel ciclofluctúatípicamente ," ,"*u.* y expursa. parte y ra morcre el uür. s. plástico. de la parte' J.r tipo de polímeroy der mmaño casos'la partepuede enrre20 segy 2 min, ,r.p"njiJno" muchos En en el ciclo. ,i"*po *u, consu,r,. que paso er es Er cur¿rc.l final ocufreunoo dos y er endurecimiento .uru.lo, compl.l{.r se que cre múltiple crel'rrrcle¿urtes retirarsc esusarunamáquinade molde una alternativa retenido. ,ulor ar debicro minur.sdesp.és

3B

de conformado[)araplásticos Capítulo15 / Procesos

de en la cual dos o más moldes se montan en una cabezagiratoria servidapor una unidad simple inyección polímeros Los principales termofijos que se moldean por inyección son los fenólicos, los tamusan se elastómeros insaturados,las melaminas,los epóxicos y la urea formaldehído.Los producidas bién en el moldeo por inyección (sección 16.I .4). Cerca del 50Vode las piezasfenólicas un desplaque representa lo corrientementeen Estadosunidos se hacen por este proceso [10], y por comzamientode los procesostraclicionalesde moldeo de los termofijos por transferencia prograndes contienen moldeo de presión(sección15.7).La nrayoríade los materialestermofijos de fibras vidrio, arcilla, porciorresde rellenoo rellenadores(más delTTVoen peso)como fibras de por inyección' maderay negro clecarbón. De hecho,estosmaterialescompuestosse moldean reacción, MIR (en Moldeo por inyección con reacción El moldeo por inyección con líquidos altamentereactivos inglés RIM, reactit¡ttin.jectionmolding) consisteen la mezclade dos química generala que se inyectan innrediatamenteen la cavidad de un molde donde la reacción en los sistemasactivados solidificación. Los clos ingredientesforman los componentesusados por mezcla(sección10.3.1).Los uretanos,los epócatafíticamenteo sistemastermofijosactivaclos ,on .¡.*plos de estossistemas.Et RIM se desarrollócon el poliurexic's y la urea forrnaltlehíclo spoilers y parachoques'y tano para proclucirconrponent., uutomotricesgrandes,como defensas, Las partesde poliuretanomolestaclaseclepartesconstituyeaún la mayor aplicacióndel proceso. internarodeadapor deadaspor inyeccióncon reacciónposeentípicamenteuna estructuraespumosa una clensacapaextertra. en las cantidades Como se muestraen la figura 15.27,losingredienteslíquidos se bombean y luego rápidamente precisasdesderecipientesseparadosa un cabezal mezclador.Allí se mezclan donde ocurre la polimese inyectana una presión relativarnentebaja en la cavidad del molde, Paracavidadesrelatiminutos. rizacióny el curaclo.E,ltiernpo típico del ciclo es alrededorde dos para el moldeo convenvamentegrandes,los nlolclesson mucho menos costososque los moldes

(RlM) en el momento en que se FIGURA 15.27 sistema cje moldeo por inyección con reacción de inyectarlosen la cavidad ha' lr.mbeaclo los irrgredientesa la ialleza mezclacloray antes clel rnolcle(se olniten algunos detalles del equipo de procesamiento)'

IngredienteA

/--

Recipientes

IngredienteB

Pistón inyector

Cilindromedidor

Cabezalmezclador

y transferencia 339 Sección15.7lMoldeoporcompresión requeridasen estemétodoy a cional por inyección.Esto es debido a las bajasfuerzasde sujeción la oporiunidadde usar componentesde peso ligero en los moldes' 2) el equipo y el mol' Las ventajasclel RIM son: l¡ se iequiere baja energíaen el proceso' sistemasqufmicos varios de de cuesta,-,*.nt. c¡uelos cle molcleopor inyección, 3) se dispone moldeadoy 4) la producque permiten la obiención cle propiedadesespecíficasen el producto y los sistemasquímicoses bien coción de equipo es confiabley la relaciónentre las máquinas n o c i d at l 5 l .

TRANSFERENCIA usadaspara polímerostermofiEn estasecciónse estudiarándos técnicasde moldeo ampliamente técnicasno puedenigualar la jos y elastórneros.Excepto para aplicacionesmuy especiales,estas eficienciadel molcleopor inyecciónpara termoplásticos'

1 5 . 7 . 1 Moldeo por cofflPresión utilizado paraplásticostermofijos' se apliEl rnolcleopor compresiónes un procesoantiguoy muy de hule y varios compuestosen matriz de ca también a discosfonográficostermoplástióos,llantas plástico,termofijoes el siguiente:1) se polírnero.El proceso,iluitrado en la figura 15.z},para un fija de'compuestode moldeo llamada coloca en el fondo de un molde caleniado,una cántidad la cargay forzatlaa tomar la forma de la carga;2) se unen las mitadesclel molde para comprimir que polimerice y cure el material,transforcavidacl;3) se calientala cargaa travésdll molde para la parte de la cavidad' máncloseen una piezasóliday 4) se abre el molde y se retira en forma de polvos, pelets,líquido, o l-a cargainicial clelconrpuestode moldeo puedeestar con toda precisiónpara obteneruna partesprefornradas.La cantidadde polímero debecontrolarse

(3) t e r n r o f i j o s (: 1 ) s e p o n e l a c a r g a ,( 2 ) y F I G U R A 1 5 . 2 8 M o l d e g l ) o r c o l n l ) r e s i í r n¡ r a r ap l á s t i c o s d e t a l l e s ) ' ( s e a l g U n o s o m i t e n r e t i r a y s e l a c a r g i rs e c g r n ¡ r r i ¡ t ey c ¡ r a , y ( a ) l a ¡ r . r , , ' , r ' * ' * ¡ r t , l s n

t"

Mitadsuperiordel molde Punzón Carga Mitadinferior del molde

Cavidad *

<-

Pasadorgolpeador

(z)v (3)

t"

(4)

340

C a p í t u l o 1 5 / P r o c e s o sc 1 ec o t l f o r m a c l op a r a ¡ r l á s t i c o s

c o n s i s te n c i u¿nr i fs rn ree n e l p r oductornol deado.S e ha vi rel touna prácti cacomún precal ent ar l a c a rg aa n te sd e c o to c a rl ae n e l mol de;estosuavi zael pol ímeroy acortal a duraci óndel ci clo i nfrarroj os,cal e ni ncl uyen cal entadores c l e p ro d u c c i (rnL. o s rn é ro d o scl e precal entami ento cata ¡ri e n l op o r c o n v e c c i íl le n estufay el uso cl etorni l l os gi ratori osdentrode un ci l i ndro medi r la para a elmol deopor i nyecci ón)se usa tambi én l e rta c l o .L rs tati l ti rn até c n i c a(t onracl cl c a n ti d a ccl l el a c a rg a . verticalmentey contienendos estánorientaclas Las prerrsasde nrolcleopor crornpresión ti pos d e p l a c a s a l a s c u ¡l e s s e s u j e tanl as rni tadescl el rnol de. E l procesoi nvol ucra dos de ci e l a pl aca cl elfondo o 2) carreradescendente l a pl a ca ) c a rre raa s c e n d ente a c trr¿ rc i ri lrr: nrásconrún.U n ci l i ndro l ri drául i coacci onagee s tati l ti n rae s l a corrfi guraci ón s u ¡r.r-i .r.¡re r.o para surni ni strarfuerzasde suj eci ónde hast a ' c r.u l rrc ¡rtcl n s ¡rl a c a sc. l c u n l puccl ecl i señarse v l t r i t l sc i e t l t o st l c t o t l e l a t l a s . el nrássimplesque los de su contraparte, [..,s nrp¡lesparaesteprocesoson generalmente por compresión, nrolde un en de alirnentación o sislenras No hay vertecleros rr,lrlc, ¡rgrir.r,r,ecciorr. una y se procesanpartescle fonnas rnás sirnplesdebido a que los materialestermofijosposeen que puede el molde' paracalentar cleflu¡o másbaja.Sin ernbargo,se necesifanaccesorios capaciclad caliente.Los moldesde comaceite de circulación vapor o eléctrica, resistencia ,.,rcdia¡te hacerse e en ntoltlesmanuol¿s,usadosparacorridasde ensayo;sentiautomáticos, presiórrpuederrclasificars pero el operadorcargay descarle sigueun ciclo programaclo, e, l.s .i,ale. a 11etapacleprerrsaclo el cual opera bajo ciclos de prensadocornpletamente s¿lrrarualr¡ente la prensa:y crtrtomático, automática)' (irrcltlyetlclo la cargay la descarga atttgtllítlico son epóxicos,uretanosy elastómeros formaldehído, urea nrelanrina, fellólicas, I.as resillas termofijo plástico Las piezastípicas moldeadascon para rrrolcleopor cornpresi(rn. ,rnteri¿rles y vajitlasde plástico'Son notamangosde sartenes portaliirnparas, eléctricos, irrcluye'cuntactos ya que es más simple,menos paraestasaplicaciones ¿el lnoldeopor conrpresión blcs las yerrta.j¿s residuales y deja bajosesfuerzos generapoco clesperdicio crsr.s. y requiereba.fornanteninriento, (esteprocesose prefiereparapartesdelgadasy planascomo los discos e, las partesr¡glrleacl¿rs es la mayorduracióndel ciclo y, por tanto,la velocidadde [,a principalclewenta.ia lirrr.grírf,icqs). cs nr¿islrajl que la del lltoldetlpor ittl'ección. ¡rr()tluccitilr

15 . 7. 2 M o l c f e op o r t r a l r s f e r e n c i a inmediata a la cavidad del I j . e s t e p r o c e s ( ) .s e c a r g a u n t e n n o f i . j o ( p r e f o n n a c l o )e n u n a c á n l a r a p olírnero suavizado a fluir a l f o r z a r p a r a , r u l r l e . t l r r t l c s e c a l i e ¡ i a : s e a p l i c n e l r t r i n c e s¡ r r e s i ó n de este proceso se ilusvariantes clos Las se cura. polímero rlcrrtr. tlcl rr.ltlc' caliente. cioncleel cual la carga se inyecta el en transJerenCia, cle reci¡tiente tra' err la f igur.¡ 15.29:(a) nroldao cott ( b ) m o l d e o con émbolo de transy c a v i d a d ; l a e n r f e ' r r r e c i p i e r r t ea: t r a v é s r l e r u r c a n a l v e r t i c a l p o r r n e d io de un émbolo desde m o l d e c l e l l a c a v i c l a c l err . f , c t . t , t r t . i t r . ce'l c u a l s e i r r y e c t al a c a l g a se produce material casos anlbos En laterales. canales a través,1" In, rurrtlc¡l(rsil()(luc sc c¿rlielrt¿r l a b a s edel depósito y en e n q u e c l a s e q L l e t l c r l c s p c r . r l i c i pe n c u c l ac i c l o ¡ r o r l a p i e z a c l e s e c h a d a v e r t e c l e r oc l e l r e c i p i e n t e e l A d e t t l í t s , c l l l l ) . l . s r . ¿ , r r ¿ l ¿ ,l .t st t t , t . t t l t '(.ts¡ t r c c r i i n g l é s s e d c r r o n r i r r a n p u e c l e r e c u p e r a r s ed e b i d o a n o c l e s e c h o E s t e r l e s e c h o . t l e l r a r r s l ' e r . c r r cei ¿srt a n t b i é n n r ¿ t t e r i acl l e c ¡ u el t t s p o l í t t t c r o s s o l t t e r l l t t l l ' i . i o s ' e s t r e c h a n r e n t ec o n e l l n o l d e o p o r c o m p r e Ill rnolrlco ¡rol.tr.ansl'erence i as t í r r e l a c i o n a c l 0 , xintell p o l f n t e r e i s( t e r n r o f i j o s y e l n n t ó t r t e r o n ) E c l e ( l u e . t i ¡ r o n r i s n ' r r ¡ u t i l i z L re l sirirr.tlchirl. u en una cámara sepas e l a c a r g a y a q u e ¡ r r e c a l i e ' t a i ' y e c c i í r i r . p . r s i r r i l i r u r l c sc . r r e l . r . l c l e o p o r t r a n s f e r e n c i as e p u e d e n r n o l d e a r f o r r ¿ r r l al., l r r e s ( )s c i n Y e c t ¿ er l r e l n r o l c l e .E n e l m o l c l e o pero no tan intrincadascomo ¡ l ¿ s r l e p a t ' l e s¡ t ¿ i si l t t l ' i t r c a t l a sq ¡ e e t l e l l n o l d e o p o r c o n l p r e s i ó n , r a l r l l r i é ns e p r e s t a p a r ¿ ru s ¿ r ri n s e r l i l s t l c l r . r r o l t l c oP o r i r r y r - c c i r i l l .I . , l r t r o l c l c t )p o r t r a l l s l ' e l ' e l r c i a anres cle la inyecciórr,el plástico I . s ¡ r , r l c t . l . t l c c e r í r r n i c ar ¡ u e s c c o l o c a ¡ r e r r l n c a v i d a c l c ¿ r l c r r l ¿ t rsl co ¿ t t l l t i c t '¿ct li t l s c r t o c l t t l ' a l l l e l r l t t l l t l c t l '

ltr I-

y moldeorotacional SecciónI S.g/ Moldeo por soplado

341

rr: I

r: I

Ytl l t

¡ruru Desecho I E$<--(cutt)

l.

- Pistónde transferencia

t_J (preformada)

Bebedero

l-'

Cavidades

Parte moldeada

eyector

(a)

<-

l-'

Émbolo

-' Carga(Preformada)

,t Desecho (Cul/) Parte moldeada

Cavidades

Perrroeyector

(b) y (lr)r''lrleo con étnlroltlde trarrsferencia' rlt,'risit,r*r rr.r.sl't're.rrcia s ep r e n : l Fl(ruRA15.,1()(,r)Nl.ltlt,. trrr c r e ¡ r ó s i t('2, )e l ¡ r ' l í n r e r oa l r l a n d a d o e r e r r r . ' . o , g o E rc i c r oe ' a l l r l r , sp r ( x r . s ( )ess :{ r ) . " , u l , r , . . l a ¡ r a r t en l r l l c l e a c l a ' ( r , , ( l )s r :e r P t r l s a e ' l a < . a v i ¿ accl el ln l . l c l t , ) , s e r r r .

Y MOLDEO 1 5 ^ B M O L D E OP O RS O P L A D O ROTACIONAL

parteshuecassln cosrotacionalse usanparahacer y rnolcreo sopracro por 'r.rcleo r..s ¡rr.ces.scre se puecleusar tambiénpara terEl nrordeorotacieinnl ter*loptírsíic.s. cre onzashasta tr*.air ¡rartir ¡r.lírrreros u"i.ii^r plásticasde unascuantas pequeñas ranlaño.',ü.¿. 'aría'e, los Aunque [,as rrr.ri.i.s. ¡riezirs litr:^s]de capacidad' de l0 000 g"l";;liló'o por almacerarnienr. tle moldeo El r¿*rbores grarrclcs nic'tos' ge.eralmentetienensus propios c¿lsos, miendesechables' tr.s ¡r*rces.sc.rr¡rite, en ciertos pequeños e' 'nasaclerecipientes pr.crucciór1 ra pirr.u apropiarr. ,r¿is cs s.¡rrirtr. a grandesformashuecas' lrre.ior se acla¡rta tf¿ls(*reel ltr.lrlc.,.rtr,ci,r,i,,l

/

342

C a p í t u l o l 5 / P r o c e s o sd e c o n f o r r n a d op a r a p l á s t i c o s

1 5 . 8 . 1 M o l d e oP o rs o P l a d o presiónde aire para hacerformas huecasinflando El tttr¡l¿¿,o r)ot-so¡tludttes un procesoque usa importantepara hacer plásticosuaveclentrode la cavidadde un molde. Es un procesoindustrial botellasy envasessicomo de plásticohuecasde una solapiezacon paredesdelgadas,tales grartes consumiblesen mercadosmamilares.Como la mayoríade estosartículosse usanpara bebiclas tomadade la industriadel sivrs, la protluc:cióninvolucragrandesvolúmenes.La tecnologíaestá desechables' con la cualcornpitenlos plásticosen el mercadode los envases vicfrio(seccitin14.2.1), ckrspasos:l) fabricaciónde un tubo inicial de plástico lil rrr.lt¡.()p()rsepladose realiz¿ren y 2) sopladodel tubo a la forma final f',nditl', lla'r¿rckr'rrr, ¡rr,,'iro,(igualque en el viário soplado) procesos:extrusióno molLa lor¡ació¡ del parisonse realizapor cualquierade los dos cleseada. cleopor inyección. por sopladofuncionasegúnel Moldeo por soplado y extrusión Estavarianteclelmoldeo casosel procesose diseñacomo una ciclo ilusrrackre' la iigrro 15.30.E'la mayoríacle los y usualmente secuenciaestá automatizada operacióncle glr.duccióna muy alta velocidad.La como el llenadode los envasesy el etiquetado' posteriores con operaciones integracla rígido y la rigidez dependeentre Es urr requerirnientousual que el recipientesopladosea el espesorde las paredesdel envase otros fact'res ¿el espesorclelas paredes.Poáernosrelacionar el productofinal' extruicloinicial I I I J, asumiendouna fonna cilíndricapara soplatloc'r el ¡larisor-r diámetromedio El 15.31' en la figura El efectode la dilataciónen el dadodel parisonse muestra del dadoD¿.Ladilataciónen el clelrub. que saledel dadose determinapor la mediadel diámetro Dp. Al mismo tiempo,el espesorde la datlocausala expansióna un diámetroinediodel parison del parisonestádadapor: pareclse clilata.le r,7a t,,. Larelaciónde dilataciónde diámetro

(15.20)

,ro:*

(1) c l e lp a r i s o n ;( 2 ) c u a n d o s e c i e r r a nl a s d o s FIGURA15.30 Moldeo por soplarl. y t,xtrtrsi
Cilindrode extrusiÓn

Molde(cerrado)

de .tlttr- EsPiga soPlado flll|t

"t

LJIIIJ (1)

(2)

Entradade aire (3)

,IW

li ill ir.-l '.li

Sección 15.S / Moldeo por sopladoy moldeo rotacional

Dadode extrusión

343

Molde de soplado

!,'-l

(21

(1)

s e l a d i l a t a c i ó ne n e l m o s t r a n d oe l p a r i s o nc l e s p u é d F l G t - J R A1 5 . i l ( 1 ) D i n r e n s i o n e cs l e lc l a c l oc l ee x t r t ¡ s i ó n rlatkr y (l) t'ttv.rscfirral nloltleaclopor so¡rladoy extrr'tsión'

parael espesorde la paredes clondela relacir'¡tde clilatación

,'r,:

tp

(rs.2l)

l,

del diámetrode dilatación;estoes La dilataci(r.clelespesorde la paredes proporcionalal cuadrado ) (rs.22) fst :

f.í,t

), por tanto l, : r.i,¡Í'¡

(|s.23)

reduccióndel espesor clelnroldeDr,,cotrla correspondiente cuarrclose irfl¡r el ¡rarisonal cliánretro tenemOS: transversal de la seCCión tln voltlltlellcoltst¿tttte stt¡loltieltcltl rfr'la ¡ral'crlLr'l-,,,,1, nDrtr:Tl)ntlnt

(rs.24)

A l re s o l v e rp a t' a7 ,,,.tl b te tte lnos: .t, -

l)ptr I),,,

ecuaci ón'obtenemos: S u s ti tu l ,c rrrl lo¿ rc c u a c i ti l t1 5 . 20y 15.23etr est¿l

D'¡ ' rl,,,t'¡ 'ttt

(15.25)

¡),tt

(

procesode extrusióninicial, se puedemedir por La nragrritudrle la dilataciónen el clado,en el Entoncespodemosdetenninarel del clacloson conocitJas. y las dirnensiones .bservaciti' clir-ecta, e s p e s 0 r t | e l a 1 l a r e t l e l t e l e n v a S e n l o l d e a d o p o r s o p | a d o . muna expresiónpara se puededesarrollar de la ¡raredclelrecipientenioldeaclo con el espes()r el sopladoIlll' una se cl ,¡,,. ¡rit'istxt revielttedurante l. ¡r.csi.rr,llixirr¿rclcai¡.c.l¿rcr¡irlcvir¿,,'i

de cottfornladopara plásticcls Ca¡rítulol5 / Pror:esrls

internap en ecuacióntolnatlaclela resistenciaclematerialesrelacionalos esfuerzoscon la presión un tubo, dado su cliárnetroD y el espesorde su paredr:

o -

pD n

(rs.26)

expandael parison al Su¡roniendoque el máximo esfuerzoocurre justamenteantesde que se y rearreglandola tamañodel cliámetrodel molcle(estoes, cuancloD seamáximo y , seamínimo) ecuación( 15.26)pararesolverp obtetlemos: 2o t,,, (ts.27) pD* lb/pulg2(Pa);o = esfuerzoa la tensión el rnoldeopor soplaclo, tle aire chrrante rlonde¡r= ¡)r.esió¡ (Pu),Y t^Y l). son espesorde la lb/pulg' *írxir¡a ¡lerr¡isibleen el polírnerocluranteel soplaclo, clelrnolcle,pulg (mm). La dificultadparausarestafórmulaes la paredy diánrctrprespectivanrente y en una condiciónaltadetcrr'irraciti¡tlel esfuerzoperrnisibl€,yfl que el polírneroestácaliente procesoseafinanpor pruebay error' nrenteplzistica.En ¡na operacióninclustriallos parámetrosdel se moldeapor inyecMoldeo por inyección y soplado En esteprocesoel parisoninicial en la figura 15'32' ción en lugar cle extrusión.Una iecuenciasimplificaclase puedeapreciar y sopladotiene una por inyección con su competiclorbasadoen extrusión,el moldeo Cornparaclo usado' cleproducciónmásbajalo cual explicapor qué no es tan ampliamente velociclad por extensióny soplaEn ura variantedel moldet por inyec.ion y soplado,llamadomoldeo del parisonmoldeadopor inyecr/o (figura15.33),el tubode sopladoseextiendehaciaabajodentro en el polímero,que en el molción, el plásticosuavese alargay se creaun esfuerzomásfavorable y soplado'La estrucdeo por inyecciórry sopladoionurncional, o que en el moldeopor extrusión impacto'El material al resistencia y es másrígida,con mayor transparenciamayor tura resultante en el mokleopor extensióny sopladoes el tereftalatode polietileno, que se usarrírsampliamente muy bajay se fortalecepor el proTpE,(en ingléspET), un poliésterque tieneunapermeabilidad ideal para por extensióny soplado.su combinaciónde propiedadeslo hacen ces. tle nroltleaclo cn\'¿tsc tlc bcllitllts carboltalatlas'

El polímero Materialesy productos El nroldeopor sopladoselimita a los termoplásticos. y alto peso densidad alta de el particular, rr¡is c'rnú, paramoldeopor sopladoes el polietileno,en I

( 1 ) e l p a r i s o ns e m o l d e a p o r i n y e c c i ó n . a l r e d e d odre u n t u b o d e F f c ; u R A 1 . . ) . 3 2 M o l d e o p o r i n y e c c i t i ny s o p l a c l o : a un molde de soplaclo;(3) el polímero suave se soplar¡r;(2) se aSre el n.,,rl.locle inyecciiirry el parison se transfiere y se retira la pieza' molde el abre se @) infla ¡raraclre tonre la forma rlel nrolcfede soplacl<>y

,tm

Entrada de aire Moldeadopor inyecciónantes del sopfado

I

f

Tubo de soplado

Unidad de inyección

Parte moldeada por ooplado

+

-r> vrF

v _+

V

Válvula de aire de un

solosentido Moldede inyección

Molde de soPlado (1)

htñ.b*-"-'

(2)

(3)

(4)

Sección15.5 lMoldeo por sopladoy moldeorotacional

345

Entradade aire

+

Unidadde inyección_v,F

Partemoldeada por soplado Molde de inyección

(1) FICURA

,¡5.33

(2)

p o r i r r y e c c i ó nd e l p a r i s o n ,( 2 ) e x t e n d i d oy ( 3 ) s o p l a d o . M o l c l e op ¡ 1 re x t e r r s i ó ryr s o ¡ t l a r l o(: . 1 ) m o l c f e o

Al compararsus rnolecular,pEAD y pEApM (en inglés HDPE y HMWPE, respectivamente). de establecidos los requerimientos y además densidad, con las del polietilenode baja propiedacies --{ue más cossi bien son iigi,l., clelproductofinal, resultamáseconómicousarestosmateriales tosos- porquelas paredesdel recipientepuedenhacersemás delgadas.Se hacenotraspiezaspor sopla¿o¿e polipropileno(PP),cloruro de polivinilo (PVC), y tereftalatode polietileno(PET). paraenvasarlíquidosde consumoconstituyenla mayorpartede los L6s envasesclesechables pro¿uctoslrec¡ospor soplaclo;pero no son los únicos.Tambiénse fabricangrandestamborespara ernbarcarlír¡uir¡rsy polvos (cuya capacidadalcanzalos 55 galones),grandestanquesde almacejuguetesy castanquesparagasolinade automóviles, para2000 galones), narniento(concapacidacl cos p¿lravelerosy botespequeños.En esteúltimo caso,se hacendos cascosde bote en un solo se cortanen dos cascosabiertos. rnolclede soplatloy clespués

15.8.2 Moldeo rotacional El nroldeorgtacio¡al usa la gravedacldentro de un molde giratoriopara hacerformashuecas.El es un moldeoalternativodel sopladoparahacerformashueproceso,ta¡rbiénllamadorotomolcleo, paralos aunquelas aplicaciones parapolínrerosternroplásticos, cilsgra¡(les,sc usa¡rrinc:ipahnerrte sehan hechomáscomunes.El rotomoldeoseadaptamejor a formasextery elastórneros terrnofi.ios de producciónmás bajasque el moldeopor y cantidades partesmás grancles .as l¡ás conr¡llejas, s.¡rlar¡r.El ¡lrecespconsisteen los siguientespasos:l) se introduceuna cantidadpredeterminada ¡e ¡rolvoclepolír¡eroe¡ la cavidacltle un moldehendido;2) el moldesecalientay gira simultáneade maneraque el polvo chocacontratodaslas superficies rnentesobreclose.jesperpencliculares, una capafundidade espesoruniforme;3) mientrasestá internasclellnolcley forrnagraclualmente giranclotodar,ía.el ¡rokle se enfríade maneraque la capade plásticose solidifica;y 4) se abreel clerotaciónque se usanen el procesosonrelativamente inoldey se retirala parte.Las velocidacles rnasno la fuerzacentrífuga,la que provocaun recubrimientouniformede las bajas.Es la grave¿acl, del rnolde. superflicies que los del moldeo parael nroldeorotacionalsonrnássimplesy menoscostosos Los rnolcles su esmuchomáslargo, duraciónesde diez por soplat¡ro por inyección,peroel ciclo de prorJucción en la producción,el moldeorotaestasventajasy desventajas nrinutosen adelante.parabalancear como la con en una máquinasecuenciadora múltiplescavidades, cional se realizafrecuentemente manera de diseñada está que se muestraen la figura 15.34.La máquina rnáquinarle trcs estaciones de trabajo.Así los a travésde tresestaciones tresmolclesen secuencia qre se puedarrsclecciorrar tritbitiallsilnuItitneanlenle. tresntoIcles

h¡h'*-

346

C a p í t u l o 1 5 / P r o c e s o sd e c o l t f o r m a t l op a r a p l á s t i c o s

(1) Estación de cargay descarga---7 // r-r f Molde(abieflo)

<--_

Parte moldeada Rotacióndel molde en dos direcciones

Contrapeso Unidadsecuenciadora

(2) Estaciónde calentamiento

(3) Estaciónde ---^ enfrianliento Molde(cerrado)

Rociadode agua F I C U R A 1 5 . 3 4 C i c l o d e m o l d e o r o t a c i o n a lr e a l i z a d oe n u n a m á q u i n a s e c u e n c i a d o r ad e t r e s e s t a c i o n e s : ( l ) e s t a c i ó n r l e c . a r g ay c l e s c a r g a( ,2 ) c a l e n t a m i e n t oy r o t a c i ó nd e l m o l d e y ( 3 ) e n f r i a m i e n t od e l m o l d e .

I-a prinreracstacióncletrabajorealizalos procesosde cargay descarga,dondela parteterminada se retir¿rclel ¡rolcle y se cargadentro de la cavidadel polvo para la siguientepieza.La segunda consisteen una cámaradondese calientael moldepor convecciónde aire,mientrasgira est¿rció¡ "C)' a los 700 "F (375 clentroclela cámarason aproximadas Las temperaturas sinrultánearrre¡te. clelpolírneroy clelartículoque semoldea.La terceraestaciónenfríael moldecon aire clepenrlie¡clo rle agua,parasolidificarla partede plásticodentrodel molde. e as¡'rcrsi(rn fsrz¿rc¡r Con el nrolcleorotacional se manufacturauna fascinantevariedadde artículos.La lista i¡cluye jugueteshuecoscomo caballitos,pelotasde playa,cascospara canoasy botes,cajasde boyasy otrostlispositivosflotantes,partesparacarroceríade camiones, arenay albercaspequeñas. y tanquesde gasolina,piezasde equipaje,mueblesy cesparaautonróviles tatrlcrosde instrurnerrtos y tanquesde almacenamiento, grancles ban'ilesindustriales,contenedores tos ¿e basura.nraniquíes, casasportátilesy fosassépticas.E,lmaterialmás popularparamoldeoes el polietileno,especialABS y poliestirenode alto impacto. menteHDpE. Otrosplásticosincluyenpolipropileno,

15.9 TERMOFORMADO para

materialtermoplástico Í::l tcrmt¡ll¡rtttudr¡es llll proceso en el cual se usauna lánrinaplanade de productosde consumoy empaque el en clarlela forltla tleseacla.El proceso se usaampliamente y grandesartículos colrlo tinasclebaño,domosgrandesparatragaluces revestimienpara f'arbricar tos internospararefi'igeradores. y forrnado.El calentamiencalentamiento L,lter¡rofo¡nacloconstade clospasosprincipales: ladosde la láminade ambos o eléctricosen uno racliatlores nlccliante gencr.alrrrente t. sc r.ealiz.a decalenp l i s r i c . i r r i c i ¿ ral .u n ¿cr l i s r a l r cai ¿prr o x i r n a ddae 5 p u l g ( 1 2 5n l m ) . L a d u r a c i ó nd e l c i c l o y su del polímero'su espesor la lirnlina,dependiendo scrsul'icierrle ta'ricrrt.rrccesita ¡raraabland¿rr

Sección15.glTermoformado 347 en tres categoríasbásicas:I ) termoformadoal color. Los méto¿oscleformado puedenclasificarse mecánico.Describimosaquí los métodospara vacío, 2) terr'oformado a presióny 3) termoformado del empaquela mayoría de las operacionesde el formado de material laminar; pero en la industria tennoformaclose realizancon películasdelgadas. es el termoformadoal vacío (llamado Termoformado al vacío El método más antiguo los años cincuenta)en el cual se usa presión nesinrplenrentelbrmado cil vacío en sus inicios, en del molcle'El procesose explicaen la dentrola caviclacl g'riv^ ¡ruru,,ill,.rir la líunira precalenrada parahacerel vacíoen el molde son del ordende figura 15.35en su fonna rnásbásica.Los agujeros en la superficiedel plástico son menores' | 132tlepulg (0.g nrrn) de diámetro,así sus efectos formado al vacío involucra presiónpositiva Termoformado a presión Una alternativadel del molde. Esto se llama termoformadoa para forzirral plásticocaliente tlentro cle la cavidad se puedendesa-l ventajasobreel formacloal vacío radicaen que ¡tresiórto.f.rnmdo pot. soplado;su teórianterioresteparámetrose limita a un máximo rr.llar presio.esnrásaltas,ya que en el método secuenLa atmósferas' de formado de tres a cuatro co de una atr'(rsfera.son com*., las presiones

(2)se porcalentamiento; unalámi'aplanade plástico al vacío:(1)sesuaviza 15.3s Termofornado FTGURA plástico el y @) cavidad , (3)el vacíoatraela íá,ninuhaciala cleun molclecóncavo; colocasobrela cavidacl de la hoja' luegoserecorta y retira se parte ra morde, der fría arc'ntactocon rasuperficie seerrcrurece CalentadorPor radiación Mordazas(cerradas)

llVtrzN/l\/l\/l\ Cavidad del molde

-_-- Lámina de Plástico Agujerosde vacfo

Molde

l*

Hoja Mordazaa(ablertae)'

P¡rtr mold.ldá

I

t

(4)

+* v

348

(_a¡rítulol5 / Proces.scle c-'nf'rmaclo para plásticos

Entradade aire

I

+

Caja de presión

Presiónpositiva

Láminade plástico calentada

Mordazas Molde

(2 )

f i g u r a 1 5 . 3 5 ; l a d i f e r e n c i ae s t áe n ( 2 ) , l a l á m i n a F l ( ; t J R A15 . . ] ( , T e r m < > f . r r r a locasoltre t¡na cavicla¿rlel ¡rolde y en (3) la presión positiva fuerza

es que la láminasepresionadesdearribahacia cia clclprocesocs sirnilara la anterior,la cliferencia el aire atrapado.La parte la cavidaddel rnolde.Los agujerosde ventilaciórter €l molde dejansalir (pasos2y 3) se ilustraenla figura 15'36' cleffirrmadode la secuencia distinguiraquíentremoldesnegativosy positivos.Los moldesque se muesEs conveniente Un molde cóncavas. tra' en lasfiguras15.35y 15.36sonmolclesnegativorporquetienencavidades po' molde del caso el En tipos se usanen termoformado. ¡tositi,otieneun¿rforma convexa.Ambos paraforzat positiva negativao siti|o,laláminacalienterecubrela formaconvexa,y se usapresión en la figura 15'37parael muestra se positivo molde la superficiedel molde.El al plírsticocrrrtr-¿r casode fbrmacltlal vacío. ya que las y rrcgalivos ¡rroldes ¡ruedel)arecerpoco inlportante crrlr-c l.¡rrli[cr.crrci¡r ¡rositivos si embargo, Sin como se muestraen los diagramas. idénticas, fbrr'as tle las partessclnvirtu¿rlmente contorno clentrode un rnoldenegativo,entoncesla superficieexteriortendráel la partees ernbuticla y un contomo del aproximación una exactode la cavidadclelrnolde.La superficieinternaposeerá molde un recubre al clela lárninau hoja inicial.Al contrario,si la lámina acabacl.corresponcliente ( 1 ) l a l á m i n a d e p l á s t i c oc a l i e n t es e F l c u R A 1 s . 3 7 r . J s oc l e u n m o l c l ep o s i t i v oe n t e r m o f o r m a d oa l v a c í o , posición, cubriendo el molde con la lámina' ccrlocasoSreel nro¡le pgsitivo y el la morclazadesciendeen r n i e n t r a se l v a c í o f t l e r z aa l a l á m i n a c o n t r a l a s u p e r f i c i ed e l m o l d e '

Moldepositivo

Lámina de plático

(1)

(2)

15.glTermoformado 349 Sección y la superficieextepositivo,entoncesla superficieinterior seráidénticaa la del molde convexo estadistinción producto Dependiendode los requerimientosdel rior la seguiráa¡rroximadamente. puedeser irttPortante. de la láminade plástico,el cual constituyeun problema otra difer-e'ciaes el adelgazarniento que el contornodel molde seapoco proc, lerr'ofornado t¡uedebetomarseen cuenta.A rnenos el contornodel significativassi la láminase estiraparasdrconformadaen fulldo. habrácliferencias en una modelosde adelgazamiento nrolde.Los m'lcles positivosy negativosproducendiferentes la forma sobre lámina la colocar u,la tina.En er mordepositivo,al pieza.por ejenrpro.consicrérese de la a la base superior(correspondiente co'vcx¿I.ra porci(rfrque hacecontactocon ra superficie Esto da como ningún estiramiento. y no experimentaprácticarnente tina) soliditicarírpiclarnente la tina' Por el de paredes las en .,rraSasegruesa,pero un ád.rguru*ientosignificativo r.esurta¿. más parejadel estiramientoy adelgazacortraritr, ,' rnokle negativoproduciráun distribución la superficiefría del molde' 'riert. de ra riírrirra.arrtescreque éstaentreen contactocon en un moldepositivoes estirando del adelgazamiento de rnejorarla cristribución ur¿rr'arrcr.a l5'38' la de recubrirla forma convexa.como se muestraen la figura la llirnina¿urtes gr.eviar.elltc antes esférica por presiónde vacíoen unaforma lárnirrade pliisticocalienteseestirauniformemente de ponerlasobreel lttoltle. . - ^^ sepuedeutilizar cornoun métodopara El pasoclescrit.en el prinrercuadrode la figura 15.38 o tragaluces.En el procesose aplica producirpartesen fo'na de globo como domostransparentes parasoplarla láminasuave.La presiónsemantienehasta controlacla ¡lresiír'de aireestr.eclramente que la forltlasopladase ltayasolidificado' termoformadomecánico,usaun par Termoformado mecánico El tercermétodo,llamado la láminau hoja de plásticocaliente,forzánde nrordes(positivoy negativo)que se apricancontra puro no se usavacíoni presiónde aire' cl'ra a asurnirsu furra. En el méiodode formadomecánico son un mejor controldimensionaly la posiE,lprocesose ilustraen la figura 15.39.sus ventajas ta pieza.La desventajaes que se requierenlas biliclatlclecletallarla superficieen amboslados¿e otrosdos métodosson menoscostosos' dos r.itadesder nrolde,por tanto,ros moldespararos

(2)' ( l ) a r r t e sc l ec u b r i r e l r n o l d e p o s i t i v oy a p l i c a re l v a c í o e n f l ( ; L f* 4 r s . . ] { } [ s t i r . r t l , p r e r v i .r l e l a l ¿ i r n i r ¿ r ,

Caja de vacío/PresiÓn

Succión del vacío

l"

Presión positiva

Entrada

I oeaire Y

"l

l"

I" Succióndel vacío

(1)

(2)

350

Crpítulo 15 / Procesosde conformado para plásticos

l"

Moldepositivo

Lámina de plástico caliente Molde negativo

Escapede aire

(1)

\'¿r

o e c á n i c o :( 1 ) l a l á m i n a c a l i e n t ed e p l á s t i c os e c o l o c a s o b r ee l m o l d e F I G L J R AI 5 . 3 9 T e r m o f o r m a c l m (2) se cierr¿rel molde para conformar la lámina. negativgy

Aplicaciones El termoformadoes un procesosecundario,el procesoprimario es el que producela lálni¡a o película(sección15.3).Solamentese puedentermoformarlos termoplásticos transverya que las láminasextruidasde polímerostermofijoso elastómerosestánencadenados son comunes termoformados plásticos Los salmentey no pue(lenablandarsepor recalentamiento. el acrílico PVC, el poliestireno.el acetatode celulosay el acetatobutiratode celulosa,ABS, el polietilenoy el polipropileno. (polimetilrnetaacrilato). En la industriadel empaquese realizanoperacionesde producciónen masade termoformaclos.Las lírnrinaso películasinicialesse alinrentanrápidamentea travésde cámarasde calenen la forma deseada.Con frecuencia,las operaciones y luegg se forrrrallnlecánicamente t¿rrrrierrt1l golpede una prensaque usamoldescon punzonesy cada setliseña¡paraproducirvariaspartesen r¡últiples.En algunoscasos,la máquinade extrusiónqueproducela láminao películase cavidacles de precaeliminandoasíla necesidad antesdel procesode termoformado, localizai¡mecliatanrente lentarel plírstico.Paramayor eficiencia,el procesode llenadode alimentosconsumiblesen el despuésdel termoformado. envAsese localizaillmediatanrente por tennoforque se producenmasivamente en películasclelgadas Lss artículgse¡rpacados de película.Ofrecenformasatractivas mado incluyener¡paquesclearnpolla(blisters)y empaques artículospara pequeñas, herramientas cosméticos, como consumo paraexihibir cie;toi pioductosde partes incluyen termoformados los de (uñas,tornillos, etc.). Las aplicaciones 6año y su.jetaclores cubiertas de láminasmás gruesas.Algunos ejemplosincluyen grandesquc pueclenser produciclas para nráquinas¿e negocios,cascosde bote, casetaspara regadera,difusorespara luz, anuncios luminososy señales,tinas y ciertosjuguetes.Hemos mencionadopreviamentetragalucesconinternospara puertasde refrigeradorcs.É¡tor poddan mnnufnctursfft torneaclosy revestirnientos y ABS (porquees fácil de fonnary es resistente cOnacrílico(por ,, t,'un.parencia) respectiva¡re¡te en los refrigeradores). que se encuentran a los aceitesy gras¿rs

1 5 J O F U N D I C I Ó I (. IC O L A D O )D E P L A S T I C O rl e ¡r9 l ín rc ro s,l u/i tndi t' i ti tto col ado del pl ásti co i mpl i ca vaci ar una resi nalí quiL, r re f c e rrl i rr¡rr¿ rr¡r que el polímero cla er un rusltle. usa¡do la ft¡erza cle gravedad para llenar la cavidad y dejando 'lirrrtg primeros son los de Ejemplos funden. se lOs ternlgplírsticgsconlo los terntofi.jos e.clurez.ca.

de polímeros 351 deespumas y formado 15.11 / Procesamiento Sección de la resina las poliamidas(nylon)y los vinilos (PVC).La conversión los acrílicos,el poliestireno, líquidaen un termoplásticoendurecidopuederealizarsede variasmaneras,las cualesincluyen:l) calentamientode la resinatermoplásticaa un estadoaltamentefluido, de maneraque fluya fácil,renre y llene la cavidaddel rold., dejándolaenfriar y solidificar en el molde; 2) por polimeun terri.aci1l de un prepolímeroclepesomolecularbajo (o monómero)en el molde paraformar finas de líquida (una suspensión plastisol nroplásticoclepesomolecularalto y 3) por vaciadode un que para caliente en un molde como PVC en un plastificante) pariículascleresinatennoplástica, fontte un gel y solidifique. Los 'olír¡eros tennofi.josformaclospor coladoincluyenpoliuretanos,poliésteresinsaturados, líquidosque formanel terE,lprocesoirnplicael vaciaclode los ingredientes Íerrilicosv e¡r
I S . I1

YOF O R M A D O PROCESAMIENT

D EE S P U M ADSEP O T í V E R O S celulnr es una rnezclade polímeroy gasque da al materialunaestructura tttttda ¡tttlínrcrut Una r,.s¡,r celular, pollmero incluyen porímeros ¿. otr.ostérnrinosque se ,san para las espunrui poros¿r. La espumade polímero más común es el poliestirenb ¡.trlínrerrtsrt¡tlatl. y ¡tolírtteroc.\r(rtdiclo. usadospara hacer espumás (Styrolirarl,u'¿l rn¿lrcaregistraila)y poliuretano.otros polímeros y el clorurode polivinilo (PVC)' in.it,y"n el htrlenatural(huleespurrta) alta ¿é los polímero,.rpu*udos incluyen1) bajadensidad,2) caracterísricas Laspropiedacles de absorción de calidad y 4) buena resisterciapor unidarlclepeso.3) buen aislamientotérmico Las espuma' la propiedadde la correspondiente clelpolírnerobasedeterrnina e'ergía.[,a elasticirlacl en las cualesla rnatrizde elustótnerQs' l) clasificar[5] corno esl),'las tle polírrrerose grueclen lascualesla matriz elástica:2)flexíbles,en cleunagrancleftrrnración cs ¡ule. susceptible ¡rolírrrer. cualesel polímero las plastificarlocornoel PVC suave;y 3) rígidas'en es rf' p.lírncro altanrente

352

(-a¡ríttrlo15 / Procesosde corliortnadopara ¡rlástic
o un plástico termofijo como un fenólico [5]' es un ternroprásticorígido conro er poriestireno transversal,los poliurey del grado de encadenamiento Depe.crienco¿e ra fonnulaciónquímica ranospuedenentraren las trescategorías' de controlarsu de las espumasde polímeroy la disposición Las propietladescafacterísticás a estosmatehace una buenala seleccióndel polímerobase, mecriante erásticO, conlportarniento bebidascalientes' de aplicacionescomo iecipientespara riaresmuy adecuadospara ciertostipos materialesde estructurales, paneres aisrantesdel caror y núcreosde rnateriaresestructurares para autopara muebles,camasy tablerosacojinados de acolchonamiento empaque,materi¿rres flotabilidad' qtlc reqtriel'en rtttivilesy protltrctos

1 5 . 11 . 1 ['roc-esoscle espLl¡l-lado

de carbono' rle polírneroson aire,nitrógenoy bióxido L's gascsc()rl.rcs ,s*r.s e¡r rasesprr'as goEo mepolímero el en o más. Er gas se introduce hasta Las prolr.rci.rcs cregas puedenllegar líresina l) rnezclade una procesostre espumadoque ircluyen: diarte vari.s rnétodosilarnaclos del polímeropor mediode calor ugitacióttntec'átricayo.rfue, .l endurecimiento quicracon aire pr>rpolímero,con gasescomo el .,2) un ogrrrr, de sopradofísicocon el o reacciónc¡uímica mezclanclo del polímero'de puedendisorversea presiónen la fusión nitrógerro(N2) . pe.tano (csHrz),que y 3) mezclandoel el gas salgade la solucióny la expanda; presió., la reclucirse al qr,re ,ra'era de soplado,químico'quese descompoilarnados ag,entes quírnico.s .,r,r.,p,,.rros ,ros co. ¡rorí.rero n e n a t e t t t p e r a t u r a s e l e v a c l a s y l i b e r a n g a s e s c o m o e l C o 2 potímero o N z d e n distingue t r o d e l a f dos u s i óestrucn. a travésde la matrizde gas el distribuye se como manera La la cual los porosde en la figura 15.40:(a) de celdaierrada,en básicas,ilustradas turasespurnosas g a s s o n a p r o x i t t t a d a n r e n t e e s f é r i c o s y c o m p l e t a m e n t e . s e p aen r a d o ' ^ T grado' : - d : , o tpermitiendo roporlamatrizdel cual los poros se interconectan cierto la abiertaen c,elda (b) tle y polírnero haceun salvavidassauna estructurade celdascerradas el paso¿e nui¿us a travésde la espuma. esponjaque chupa agua' abiertaspodría convertirseen una de,celdas estructura una tisfactorio; y gas (ya son la proporciónrelativa de polímero estructuia la a caracteriz-an clre otros arribrtos de volumen)'la cual se relacleceltlas(núrnerode celdaspor unidad y la clensiclad nlencionacla) cottel tallrañtltle lasceldasindividuales' cionainversattre-ltle

de conformado 1 5 . 1 1 . 2 Procesos

como las dos para procluctosde espumade polímero' [{ay rrr.,crrospr.ces.s cre conforrnaclo revisióna los nuestra y el poliuretano,limitaremos esprnlasrrrásir'portartess'n el poliestireno un termoplásticoy el ,nateriales.Ya que el poliestirenoes procesosde collÍbrnladoparaestosclos un termoplástico'pero es un elastómero(tambiénpuedeser o ternrofijo un ser puecle poliureta.o sonrepresenprocesosdescritosaquíparadichosmateriales menosimportanteen estaforrna).Los otrasespumasde polímero' tativosde aquellosqtle se usanpara y molclepoliestirenose conformanpor extrusión Espunrasde poliestireno Las espumas polfmero' dal de sopiadoqufmicoo frrico cn ln f$rldn Err ra extrusió' se arinrentaun uguntu cleacro.

,/-

Poros de gas

tr

FIC U R A15.40 D osestructur as (a) de espumade Polímero: celdas abiertas' (b) celdas cerradas, Y

deproductos 353 parael diseño 15.12 Sección / Consideraciones al final del cililldro de extrusión.cercadel extremodel dado;por tantola extrusiónconsisteen un polínreroexpanclido.De estamanerase fabricanláminasy tableros,los cualesse cortanal tamaño cleaislantetérmico. parapanelesy secciones preSe clispo¡ede variosprocesosde moldeoparaespumasde poliestireno.Hemosahalizado proceso (sección15.6.6).Un via¡rerrteel ntt¡ltlcode es¡tumaestntcturaly el moldeoen sandw'ich de moldeo consistegematerial el cual el en e.rpandible, nrás rrtilizadoes el ntoldeode es¡ttuna a partir de pelets producen se lreralmenteen rnoldurasde poliestireno.Las molduraspreformadas con un agentede sopladofísico.El preespumado de poliestire¡ssólicloque han sitlo irnpregnados los pelets, calientepara expandirparcialmente vapor se realizaen urr tanquegrandeaplicanclo las moldeado, proceso de un en para prevenirla fusión.Entonces, agirá¡¡olossi¡rt¡ltíurcamente y se alilnentana la cavidadde un ntoldedondese expandennuevamente se lrroltlur-as ¡1-clirrrrrad¿rs fusi'¡an para furnl¿lrun productornoldeado.Los vasosde espumade poliestirenopara bebidas y las calientesse prs¿ucenen estafonna. En algunosprocesosse omite el pasode preespumado, para calientan se donde molde, det se alimentandirectamenteen la cavidad cuentasinrpregnaclas una en primero expanclirlasy fusionarlas.En otras operaciones,la espumaexpandiblese forma y luego se conforma lámina planapor el procesode extruiión de película soplada(sección''15.3) parahuevos' cartones cOmo mediantetennoformaclo(sección15.9)en recipientesde empaque en un proceso Espumasde poliuretano Los productosde espumade poliuretanose hacen y se viertende mezclan se líquidos(poliol e isocianato) cleu, paso.en el c¡al dos ingredientes dé forma ir'ecliat. clentrode url nloldeu otra forrnaque sinteticeel polímero,y simultáneamente puedendividir en dos tipos a la pieza.[-os procesosde conformacloparaespumade poliuretanose el usode unapistolaasperinvolucra o atomización básicosI l0J: aspersióny vaciado. La asper"sión éstosse mezclany despuésse rocían con los dos ingredientes, soraque se alime¡tacontinuamente ocufrendespués en ura superficie.Las reaccionesque conducena la polim erizaciltty al espurnado rígido en aislamiento de espumas aplicar de la aplicaciórren la superficie.Esternétoclose usapara vaciado el Durante los panelescleconstrucción,carrosde ferrocarrily artículosgrandessimilares. y se surtendentrode un molde abierlos ingredientesen una cabezamezcladora se hornogeneizan serun recipientecon el contorno puede abierto tJn molde to o cerradoclondeocurrenlas reacciones. (por cjernplo,parael cojín de un asientode automóvil),o un canallargoque pasalentarequericlo El moldecerradoes una r'e.te frenteal surtitlorparahacerseccioneslargasy continuasde espuma. cerraclaen la cual se surteuna ciertacantidadde la mezcla.La expansión cavidadconrplctalnente la cavidadpara conformarla parte. Para poliuretanosque llena cornpletamente cle los reactivr,rs en la cavidaddel molde usando la rnezclatlebeinyectarserápidamente rírpidanrente, r.eaccioran contransversal, ntrldett¡tor.i,ret:ciótt cottt'eacción(sección15.6.6).El gradode encadenamiento iniciales,detenninala rigidezrelativade la espumaresultante' troladopor los ingreclientes

MSIDERACIONES D EP R O D U C T O S

P A R AE LD I S E N O

de sus debeestarconsciente Los plásticosso¡ un rnaterialimportantede diseño,peroel diseñador para componentes diseño de algunosde los lineamientos En estasecciónclescribimos linriraciones. con los aplicablesa extrusión generaly después aplicación de con aquellos cleplástico,ernpez-anclo y moldeo(rnolcleopor inyección,compresióny transferencia).

e se n e r a l e s 1 5 . 1 2 . 1 C o n s i d e r a c i o nS del procesode conformado'En su E,stoslinear¡ie¡tgsgeneralesse aplicaninclependientemente ptásticosque el diseñadordebeconsiderar' clelos nlateriales nrayoríason lirnitaciones

354

para plásticos Capítulo 15 / Procesoscle cotrfornrado

No deno son tan fuertesy rígidoscomo los metales. Resistetu.iu ,vrigidez. Los prásticos La resistenciaa la terdondese puedenencontraraltosesfuerzos. ben usarseen apricaciones de los plásticosvaríasignificativamente resistencia mofluenciaes tambiénuna limitación.La es comal pesoparaalgunospolímerosplásticos entreunosy otros,la relaciónde resistencia petitivacon los metalesen ciertasaplicaciones' para absorberlos impactosen geneal irtqta.to. La capacidadde los plásticos Resistettt,ict con la mayoríade los cerámicos' ral es buena;se comparanfavorablemente con de serviciode los plásticosson limitadas .ri,rn¡teruru,us trest,t.vi.i,. Las temperaturas los cerámicos' rcspectoa los nletalesde ingenieríaya dimensionales para ros plásticos;así que los cambios La e_rpu,siótttérntica esmásgrande los metales' son mucho más signilicativosque para debiclosa variacionesde la temperatuü y ozono' Finalse degiadanen atmósferasde oxígeno racliación.Tanlbién,algunosplásticos los pláspositivo' lado solventescomunes'Por el r'e'te los plírsticosso' solublesen muchos a de corrosiónque afligen muchos convencionales ticos sorrresistentesa los mecanismos de los plásticos' especlficas debilidades El diseñadordebetomaren cuentalas rnerales.

1 5. 1 2 . 2 P l á s t i c oesx t r L r i c l o s vade ptásticosmás utilizado'se presentan conformado de procesos ros cre uno es La extrusión (recopiladoen su mayode diseñoaquí para los procero,ionurncionales rias recornencraciones ría de [2]).

uniform: detttsparecles'El espesor Es¡tesor t]::

t:i:1":"::^t"""""":lt:,":ilT#:i:T;

lransversalesextl ^-t^ a ^ arugar ó ñ r . , 4 r r la l n extrusión' evtnlsiónenfriamiento irregular queiiende frujo prástico no uniforme y de un

satisfaextruidasque no seanhuecasy que co. Es c.nvenienteusar seccionestransversales funcionales' gnn los requerirnielltos de esfuerzos que deja concentraciones duranteel-procesado que p'ovoca' ,' flujo irregurarr final' en el Proclucto

1 5 . 1 2 . 3 P a r t e sm o l d e a d a s de.plástic"'' clemolcleo procesos Hayrnuchos porcompresión v mordeo (;i';:J:: P":'li:'::::::H::i-::[:it::1ffi::'3t:'"t;

Jilñ'i,;;;ffi; ffiur:iT ;;;;;fere,rci¿r ::Y::,T::,::ourar)' ,r, [21.x (recopilnrln* [el y orrasfuenres). ;i;.*;;;"

t'-"

ecottóntíca'Cadaparte*:td:t*j,"^-q,l:TiT"Tll"-H::tJl cte¡;r'odtrcciótt Cantidodes

Jil;fi ;;lá"y"lii:T'l^:::* lil:l::¿f#l':il:¿:: i; t^I"I"'x::,:ilffi,Hx ^t -ntrla^

rrnr invección

sOn uSUal-

\¡wvr 'in, lnyecclon'Las salrtru..Lrsr la cantidadmínimaes ,:.-:;,;;i ,-^r¿, compresl( por moldeo el para piezas; rnentealrecledorde 10 000 r:l *^l'lo^ ñ^r transrerenportrnncferen-

Xi:H,,::::'?ffi;X;ffi;

E'lmoldeo derrnolde. mássimpre ardiseno

cia se ubicaentrelasotrasdos' diseñarun moldecomplejosi de cualquiernranerapuedeser más económico r.írscostosos, una ventajadel moldeo r'uchos compo.entesinclivicluales' inrpricae¡rsarrrtrrar la artcrrr^tiva en unaparte' funcionales características .,sqre per.'litec.rrtrinar rnúrtipres rrt,¡rrírstic()s

bibliográficas 355 Referencias reindeseable; Espes'r.de las¡taredes. El espesorde la seccióntransversales generalmente y presentadesperdiciode material,probabilidadde causararugas debido a la contracción la incrementar para lograr refuerzo de más tiempo para endurecer.Se pu.drn usar costillas excesivosde pared.Las costillasdebenhacersemás delgadasque las rigidez sin espesores parerlesque refuerzan paraminimizar las marcashundidasen el exteriorde la pared. son Rarlioscle las esquinasy bordes. Las esquinasagudas,tanto externascomo internas, a tienden fusión, la de laminar .n lur partesmoldeadas;interrumpenel flujo inconvenientes acabadas' partes de esfuerzoen las superficialesy causanconcentraciones crearclef'ectos pero complicanel diseño Agu.jertts.Los agujerosson posiblesen los moldeadosplásticos, flujo de la fusión' del rr'lcle y la remociónde la parte.Tambiéncausanintemrpcionesen el salidaen sus lados Ártgtrl,,t¡, saliclo. La partenroldeadadebetliseñarsecon un ángulode lasparedesinterioen importante especialmente Estoes 'ara f.c:ilitars¡ renrocióndel rnolcle. contrael molde contrae se r.esde u'a partee' forma crecopa,porqueel plásticomoldeado y para termoplásticos pára termofijosestáentre0.5 y 1o, positivg. El álgulo reconrendado de compuestosparael moldeode plástivaría usualmenteentre t/8 y ll2'. Los proveedores de ángulospara susproductos' cos proporcionanlos valoresrecomendados en la manufacturade Titlerattcius. Las toleranciasespecificanlas variacionespermisibles controladas, una parte.Aunque la contracciónes predeciblebajo condicionesestrechamente de los ampliastolerancias.n .t moldeopor inyección;debidoa las variaciones sondeseables que formas de y diversidad la parámetrosdel procesoque seven afectadospor la contracción dimenlas para en las partes.La tabla 15.2enlistalas toleranciastípicas suelenencor¡trarse de plásticosseleccionados' sionesde las partesmoldeadas seleccionados de plásticos típicasen partesmoldeadas TABLA15.2 Torerancias ToleranciasPara: 3/BPulg(1o rn!! ( 5 0 n r r n ) Agujeros D i n r e l r s i o n e2s. 0 p t r l g [ ' l ¿ i s t ittr I t ' t t t t o ¡ r l , i sol is< ABS Polietilenrr Poliestirencr Terrnofijos E¡rtixitos Felrtilitos

t 0.007 pulg. (t 0.2 mm) t 0 . 0 1 0 p u l g .( + 0 . 3 m m ) t 0 . 0 0 6 p u l g .( t 0 . 1 5 m m )

+ 0.003pul g.(t 0.08mm) t 0.005p u l g .( + 0 . 0 1 3m m ) + 0.004pul g.(+ 0.01mm)

t 0 . 0 0 6 p u l g .( t 0 . 1 5 r r r r n ) t 0 . 0 O 8¡ r u l g .( t 0 . 2 m m )

* 0.002pul g.(t 0.05mm) t 0.003pul g.(t 0.08mm)

cle la prácticatípica de moldeo comercial Valorcs representativos R e c o ¡ r i l a r ldae [ 2 ] , [ 6 ] , [ 1 a l y 1 1 7 l l . i fraral¡'rañ.s nrás ¡rec¡ueños se ¡rueclenreclucirlas toleranciasy para los más grandes,ampliar'

N T T T N E N C IB AIB SLIOCRAFICAS 3rcl B i l l r n e y e r ,F . . W . . J r . . ' I ' t , . r l l u t trtl|'AP t ¡ l t v r c r . s c i c r r c s . e d . , J o h r l W i l e l ' & S o t r s .N e u ' \ i t r k ' 1 9 8 4 ' Desig,rtfttr Matw' l2f Bralla, J. ci.. llundlnnk rl I'r'\tltrt't Co" New York' 1986' . f t r ( t r t t ' i t t gN . ' l c G l ' a r ' r ' - l l i lBl o o k S e c t i o r t6 . e c l ' ,L o n g n l a n G r o t t p I 3 l B r i s t o t r ,J . l l . . P l o s t i t 'I : i l m s , - l l c l l 9 t i g ' E r r g l a r r c l . E s s e x . L t t l . , UK s. K .. Plu,rtics 7'cchrtttlrtgr l.1l chancl¿r. M.. arrcl Ro1'. ll¡¡¡¡¿!lvroM k arcel t)ekkcr. lrlc" New York' l9ti7'

t ll

llh|i.

,*** ,,r",**.*,,,- ,'-**. s+ 4,i4''

Processin'g' t 5 l Clrarrier,J.-M., Polymeric Materials and

Oxford UniversityPress,New York, 1990' Engineer'írrg t6l ErtgineeringMateria|s Handbook,Yol' 2, Ohio' 1988' Park' Metals International, Pla.stic's,ASM Wiley & John ed', Znd 17) Hall, C., Polymer Matet'ials, Sons,New York, 1989. t 8 l Hensen. F. (eclitor), Plastir: E'ttrusictn Tec'hnologv' ll¿rnserPublishers,Munich, FRG, 1988(distributedin U.S. by Oxfor
I

356

de cotrfornratlo (,a¡ríttrlo ¡raraplásticos 15 / Procesos

a n d Bu c k n a l l 'C ' B ' ' tg l M c Cr um , N. G . , Bu c k l e y ,C ' P ' ' Princi¡tlesof Pol¡'merEngineerirt'g'Oxford University Press.Oxftrrd,U'K., 1988'

and Practice' t l4l Rubin, l. 1., Injection Molding: Theory

JohnWiley & Sons,New York,1972' Machinery t 1 5 l Sweeney,F. M., ReactíonIniection Molding 1987' York, New Inc', Marcel Dekker, ond Proce.sses, ll0fMoclernPlastit:sEnc'.tclopedio,ModernPlastics' Polymer of Principles t l 6 l Tadmor, 2., and Costas,G. G., , 'J'' l99l' M c G r aw- llill,I nc .,H i g h ts to w nN Processing,John Wiley & Sons,New York, 1979' Proce'ssin3'Chapman tl ll Morton-Jones,I). ll., Polvtner R' F ' Tool and Ít7l Wick, C., Benedict,J. T., and Veilleux, a n dF lall.London , 1 9 8 9 ' ed" Vol' II' 4th Manufactttring Engineers Handbook, o.f Polvnter Processin,g, Il2l Pearson.J. R. A.. Mechottit's Fctrm-ing, Society of Manufacturing Engineers' L'ondon'1985' ElsevierAp¡rlieclSciettcePtrblishers' ,1,Ite Dearbont,Mich., 1984,ChaPterl8' [:.lctttenIst¡|' |,oll,tttcr St'it,nt,eand t l3 | Rtrc|in.4., Aciltlcrttic['rcss.lnc., ()l'lallclo.Fl.. 1982' Ert.tiirrt,t,t.irr.g.

PRECN U T A SDE REPASO

los procesosde conformadode plássorrargunastre ras razonespor rasque son importantes 15.r. ¿,cuáres ticos'? la procesosde conformaciónde plásticos,atendiendoa 15.2. Identifit¡ueras categoríasprinciparesde los geornetríade los productosresultantes' en los procesosde conformadode es una propiedadimportantede un polímerofundido r 5 . 3 . La viscosiclacl plírsticos.,,Dequé parámetrosdependela viscosidad?

delosfluidosnewtonianos? fundidodela mavoría porirn".o t5.4. i[i*"'J,ii;il;ili;;;;;n ---t--^2A^ .l^ ^^límor^ enrl irnnnrtnnle enel importantes son de unafusiónclepolímero propiedades ;,.olffi:;;;."o,iu, 1 5 . . 5l:ffirTT . identificadas. t

! l

las propiedades de prásticosiDefinabrevementecadauna de procesarriento l - 5 . 6 .Dcl'inala diluruciónen el dado en extrusión'

' - rl-f-^^)^^

1 5 . 7 .¿ , Q u é e s e l i r r ¿ / i t ' e d e J t r t i o c t e l a f u n t t i c i ó n d e u n p o l í m e r o f u n d i d o ? de plástico' -:';i"'., de extrusión el proceso t)lsvsrrterrte er Pr\/wvo" "lJescrlll¿l brevemente t 5 . 8 . Describa nes' identifique las secciones' ttt"'"1en tressecclol de un extrusorsedividengeneralmente t\rrrrr¡ cilinrlLg tllllLrl(, y Dl u r 5 . 9 .El J tornillo al final del cilindro extrusoren el extremo so' rasfuncionesde ra mana y ra pracarompedora r5 .1 0 . ¿,cuírres .

r

..

-r

-'^l

^:t:-l-^

^vfñro^r

cn

pl

eylfem(]

del claclo? y susdadoscorrespondientes? soll las formasde extrusiones l5.ll. ¿,cuáles u hojasde plásticoy películas? cs la diferenciaenrrelírnrinas l-5.12. ¿,Cu:íl película? clepelículasopladaparaproducirmaterialde f .5.13. ¿,Cuáles el ¡tntc:estt 15.14. Describael ¡trocesode calandrado' ¿cuáles la aplicaciónmás se usanen variasaplicaciones, 15.15. Las fibrasclepolímerosy los filanrentos irnportante? entre unafibra y unfilamento? ¿cuáles la cliferencia r 5 . 1 6Técnicanrente, . más importante? r5 . 7 1 . Entrelos nraterialesde fibra sintética,¿cuáles el el proceso clemoldeopor inyección' brevetnente 1 5 . 1 8Describa . principales,identifíquelos' por inyecciónse divide en dos componentes nrordeo cre 1 5 . 1 9una . nráq'ina su,llos dostiposbásicosde unidadessujetadoras? 15.20.¿,Cuáles '..^:

menciénelas. rienenvariasfunciones; lt.ts ."icresde inyección L,as pucnas ell i.. 1 5 . 2. l ffiil;'-" - -t -^tló r l a rdos lnr on mordeopor lnyoe" de l n a nplacas morde el sobre pracas srn ras ventajas
de plásticos' pueden ocurrir en el moldeo por inyección

argunos de ros crefectosque 1 . 5 . 2 3Describa . t5.24. Descriha el ntoldeo tle espunns eslntcturales' moldeo entre deoperación y losprocedimientos ""i"i,J'í|irií.i]ffi;iloi,uo, enerequipo t . s . 2 5:fi:[:|l . - .¡^ r^.*nfii^c? determofijos? ;.r.oplásticosy moldeopor inyección l;"r'i"i,;;;m. con reaccíótt' 15.26.j,Qu¿es el ntoldeopor in¡'ecc'ión en el moldeopor soplado? producen se artículos cle t5.21.),q"u clase r 5 . 2 8 .¿.iu,il es la fotrna del material inicial en termofonnado? en termoformado? negativo .: ;;;.;Jn.iu entreun nr.l
,

.

Cuestionario de opciónmúltiple

357

15.3l. ¿,Cuáles son los procesos nrediantelos cualesse producenlasespumasde polímero? generalesque loi diseñadores 15.32. ¿,Cuáles son algunasconsideracione-s de productosdebentomaren cuenla cr¡andodiseñancolnponentes de plástico?

C U E S T I O N A I
cuya forma es convexa?(Puedehabermás de una 15.13. i,eué ngrnhrelecibeel lnolde de ternroformaclo moldepositivo,o d) un moldede tresplacas. un c) negativo, nlolde b) un a) un daclo, respuesta.) plásticosse refiereel términode encapsulado? de procesos conformaclo tle krs siguientes 15.14. ¿,Acurildc formashuecas,d) moldeopor inyecciónen el de c) extrusión por a) vaciado.b) molcleo compresión, al vacfousandoun moldepositivo. o e) termoformado parte moldeada, en la un inserto cual seenca.iona plásticas?a) agentesde soplade espumas procesamiento al se aplica | 5. I 5 ¿,Cuálclelos siguientestérmillos polvos, d) moldeoen sandwich, de por inyección moldeo c) abierta, de celda clqquír¡ico.5) estructura éstos. f-) tclclos de espumaestructur¿tl, e) nrolcleo c) pol i est ir eno, , pol i eti l eno, a) pol i acetalb) dc pol írncromáscontunes? 1. 5. 1 6¿ . ,C rl i l tss o nl ¿ rsc l o se s ¡ru rn as pol i vi ni l o. y c l e p o l i u re ta n o e ) c l o ru ro d) i r

,!

358

cotrfotnra
r5.17.

siguientes.i.s"ll,11.f::l'"1':::-:il?ffT;iltr,fi":::|ifffftI.$,Tff ras tre cuár ¿,En ilf iH1l,i1{fJJ[i]:'tüi'flXJ:"Xfi temperatura 1',:1""*;;fiacionu* ara

#i:$lli,S,llil'ff

;:r::.i,lJil;i:i:n,ffi".;";:il;J" ,

of)resistencia arpeso' á,i,,.ncia a) moldeo

e)mordeopor termorormado' d)m;*,:::ffi:i*', [if i"'fi reacción, ::eiJl-l11J*?i,'.'"i:'J;':.?Jl'ffi"T';'il:1"i::ffi ffiil';"" ;;:*,.:.":T;lt'ilniJ;::;";:ffi:;:: invecpor c)mordeo p";compresión, ,s,e ;l*:n:;$:i::Xilüti;ti[:ü'..#,;:T'J:ftL:1':ai:i#: ;n*;i:J:::il':JffiffiT:,'JÍJf#:i:ü#:ó;;,d"; t;^i¡^A^c o nnlfrfleros termoplásticos?

15 . 18 .

de alambre' ir.nrf.r.n.io, o f) recubrimiento -.^l

:illj;;'ñ;

' l rvacío' rqnfñ al o e)termorormado lntu'lonul'

PNOBLEMAS Extrusiótt

del ' a 60 rev/min;la profundidad del dado rieneun diárnetrodeZ.Spulg;-El^,o:"rtlT^trr exrrusor - 17.5o.Lapresiá1státicaen el extremo r5.1. un cirincrro o paleta de de fusióndel polímero lrq: canal= 0.20pulgy su írngulo es50 pulg.Laviscosidad ,iln¿der "irn"d i, g00rb/purgz v delplásticoenel cilindro' derciri.
canar der Laprorundidad Dde2s polímero fusióndel

La viscosidadde la ,53 xii;l'Jfi;i*ii*íru*u!ili':;[';p:*':Y ;.g pulg. cir, , oo rev/min. p;;: y." pulg 0.25 es

clerornillo 'xesl00*rollb-seg/pulg''¿ü;p'"'iOn"Jtá'i'userequierepu'uoui"nt'unuvelocidadvolumétricade pulg y diámetro = flujo = 150pulg3/min? . ¿ ,.^)..^¡t,rlrncoñrinuocon un diámetroexterior 2'0

Is4

'ornitto 1ó;;''rt 'ongi'ud: o aspa= 16o'La

paleta l;ilffJ:nigu:ff;fl:::ffiTnfiffiiü:?fh;v dercanal= ,.z'pulg y u"?"g'r"ie prorundidatr unu riene giraa 50 rev/mi'; uuroí'J'?*;;;::::ly,*1f*,"rfrT"';ffii:,i1","J,:il:1 un riene presión.,re,i.u condic.ionet: dilataciónen

efecrode la eliminael efecto queliin'inu lo-a tb-seg/pulst.Bajo estas l:-1"::,::";;;; seestirat unu velocidad extrusión la que que el perfil del dado)' nrirruto?,suponien.o "xterior y diámetrointerior ¿ie*.tro nrismo rev/min'La ,i";;;i = r.7; ;' El torniliogira a 55 er rracro(es rrecir,er rubo *r ;';io"gi*á 65 en el es estática exrrrsor cleun cilin
canarder c'e' p'or'rnc'idad ,s6 ü:i.l;ffi:J,:';,:JJ';:;lT,i',il,l,:;i*"'J;u*:i"lxliffiil'.]1;t'lltu veloclrequiereparalograruna t c l r l r i l l o = 8 . 0 m m ' y , u p o , o = g s , , - , ' . L a v i s,"r".i"rr c o s i ¿ u ¿iel ¿ . l tornillo p o l í m ese rofundido",isPas,y|apresiónestáti. rr,fru.¿qui verocidad ca e, er cirinclroes 4.0

cren,fo uotuTl::::j:Jl*l;:{ cracr

con - z.om.su tornillotieneuncanal

B0mmy unalongitud vtsuna$s tieneuna tieneun rev/seg.El plásticofundido :rl-"^l','*'. l-5.7. Urrcilinchocxtrttsor 1'UT":lt gira a li rev/seg' = lgl, y"'"t.r. hélice ra después á";i;;e y "l = 5 mnr 'D.tennitre *l.,lun¿o Q^e^! Pmáú! ¡rr.r.urrcricrad |ascaracte,r*ti.u,¿.1 "^,,u,í, t|e corte= 150Po.' ctlsit|¿tc|

Ertomi'o rt pies =4spurs vr.,nsi::l ci,indro =20o' T paleta la en = 0.3ípuig' y un anguto ,58 .':*::::j l}:ll;::,tJ:1ffi'Tffi:5i':':1 canal Determinea) Q^e^! rev/rnirr,,i.". ""a profundiil;; exrr.sorgira a 60 = r25 x tola'ru-rrllp"lgz' y L¿= 0.75 unu u.to.i¿u¿ ¿";;;r; "" .l .,iui Dl = 0.312pulg Er 'rírstilo fundirlotiene dado del .i,.utu, una abertu,u b) el factorcleforma r,.pu,u l),,.'.i*.

a gira ex'rusor 'orn'ro fune = l7 '7o' El plástico ffil€r ir¿tic ,,, üii?Jl#iJ'*"J':#;i;ii'ffil?i:{iil'ü1*:'^tli;f = ó.;0 ;"1g y el á:g;; ¿e ta canal de del extrusor profunái¿u¿ a) las características rev/mi.; rieneunu

50 = roo " lü í;-;tglpitg'' rntuentre i;;;'tt dacloes 0* = 0'00150p'. cliclorieneurraviscosi,l^d dondetu.uru",.rísticadel operación, gtra cle punto e'er y = s'o pies'El tornillodel extrusor 1,rr) los valoresde 0 ¡r tongiruJ y prrg ='¿.0 funcrelcili'crro El polímero u. ,liárnctr.o | 5.r(). r Irrcxrrus.rtiere = ó.ri ó'rg v angulocleia hélic:=20"' prur,,ndiclacl del proceso' .,,,., operación de il "'optratura ir fr(frt:v/.ri¡r.Tie¡re,,n..,.,ni *-"ü lrí'L'u tól x = 60 ;,r'i" rlittorienerruna visc.sirlati'].

Problemas

359

del extrusof' para la característica [_agravedaclespecíficaclelpolírneroes L2. a) Encuentrela ecuación b) el determine lb/seg, de 0.13 velocidad una a Si una seqcióntra'sversalen forma de T se extruye debperación" punto por el indica que se dado dei purro cleoperación (e y D y c) la caracrerística El tornide 100mm y 2.8 m, respectivamente' longitud y una cilindro cle cliámetro un tiene extrusor 15.I | . Un plástico El l7o' lahélice= de =7.5 ángulo mffi, Y llo gira a velocidad= 50 rev/nrin,espesordelcanai factor el b) extrusor, del la característica fundidotieneuna viscosidadde corte= 175Pas.Determinea) = y c) el mm l2'0 = y longitud 3.0 mm rle fomra K, parauna aberturacirculardel dadocon diámetro \Q Y P). ¡runtode oPeración

Mcllcleolx)l"i trYecciotr

en polietilenobasadoen el tlc contr¿rccitiltvtllttntélricade utta parte rnoldeada 1.5.12. ('illcr¡lc cl ¡rOl'ccrrlil.ic

cladoell la tahla l5' l ' valorclecontracción por inyecciónhechade policarbonatose 15.13. I-a ¿inrensiírncle la parte para una cierta piezamoldeada a la que tlebemaquinarsela cavidad correspondiente es¡rccilicaco'lo 3.75 pulg. calcule la clirnensión dadoen la tabla l5'l' tlel mokle,usandoel valorde contracción para una cierta parte moldeadapor inyecciónhechade = mm 100.00 una dimensión 15.14. se especifrica a la cual debemaquinarsela cavidaddel moldeusancorrespondiante 'ylon- 6,6. calcule la clinrensión en ta tabla l5.l paradichomaterial' rlo el valortle contracciónindicaclo en unade las de rnoldeopor inyeccióndiceque unapartede polietileno 15.15. El e'cargadoclelclepartanrento importante mayor que la calculada.Se especificaque la dimensión tiene una contr¿lcción 0pe:.uciones primer como real moldeadamide 4.480pulg, a) clela partees tle 4.5t0.01 pulg. sin embargo,la parte correcto \ en la cavidad'delmolde.calcule el valor pasodebeveriñcarsela dimensióncorrespondiente para el polietileno,indicadoen la tabla l5'l' es cle la tlimensiónclelrnolde.El varor clecontracción parámetrosdel procesopara reducirla cantidadde 0.025 pulg: b¡ ¿,quéajustespodríanhacerseen los contracción'l

de moldeoy termoformado Otrasoperaciones

que se usaen molcleopor sopladotieneun diámetro 15.16. Un datloparaextrusióncleun parisonde polietileno del dado = 0.062 pulg. se observaque el pronredio= l).625 pulg. El rarnañoclela aberturaen anillo pulg despuésde salirde la aberturadel dado' tliárrctrornecliodel parisonsedirataa un tamañode 0.820 4.0 pulg, determinea) el espesorcoresponsi el diánretrodel envasemoldeadopor sopladodebeser del parison' tlienteclela pareddel envasey b) el espesorde la pared de 6.25 pulg de diámetroa partir de un parib
a , ^ . , .muchos . . . , n ' ¡ n c aclelgazamientos c en las es que Lhay er) una cierta Operacirincle terrnofclrmado 15.21.El problerlr¿l convenciopresión a operaciónes un termoformado pare¡esrle rrr. pilrte[rrardeerrf"rra clecopa.La pulg' l árni nacl eA tsScon un grosori ni ci alde 0' 125 uuu L, pl ásti c., y er .a r q u e ,s Ír,, r.o rtl ep o s i tivo en la hacerse podrán cambios cn l¡rsparcdestle In copa?,b) ¿,qué qrrórrct¡rrcel *dclgaz..,,,¡.,,',i,, u) ¿,p.r. pilr¡lc()rregirel protrlcrrla'l operaciírrr