PROCESOS DEL PLASTICO
RESUMEN: en la Unidad
Didáctica de Procesamiento de
Plásticos Industriales se desarrollan nociones de vital importancia para el
desarrollo profesional del alumno del Módulo de Matricería, lo que permitirá una rápida inserción en el
mercado ocupacional.
Se desarrollan toda la
teoría básica acerca de los plásticos, su origen, propiedades, su procesamiento, la
construcción de moldes, designación de los plásticos y las últimas innovaciones en
materiales plásticos y su procesamiento.
El presente
trabajo sirve como material de consulta a los alumnos de los Institutos Tecnológicos, alumnos de
Universidad y publico en general.
PALABRAS CLAVES:
"Plásticos Industriales" ¨ inyección de plásticos ¨ ¨moldeo de plásticos¨
¨moldes para plásticos¨ ¨ termoplásticos¨ ¨duroplásticos¨
Los plásticos se encuentran entre los materiales industriales de mayor crecimiento en la
industria moderna. La amplia variedad y sus propiedades los hacen los más adaptables de todos los materiales en términos de aplicación. La molécula básica (polímero) del
plástico se basa en el
carbono. Las materias primas para la
producción de plásticos son los
gases de
petróleo y del carbón. La resina básica se produce por la reacción
química de monómeros para formar moléculas de cadena larga llamada polímeros.
A éste
proceso se le denomina
Polimerización, el cual se efectúa por dos
métodos:
Polimerización por adición, en la cual dos o más monómeros similares tienen reacción directa para formar moléculas de cadena larga y
Polimerización por condensación, en la cual reaccionan dos o más monómeros diferentes para formar moléculas largas y
agua como subproducto.
El monómero de un plástico es una molécula única de un hidrocarburo, por ejemplo, una molécula del etileno, (C2 H4 ). Y los polímeros son moléculas d cadenas largas, formada por muchos monómeros unidos entre sí. El polímero comercial más conocido es el Polietileno –( C2 H4) n – siendo n de 100 a 1000 aproximadamente. Muchos plásticos importantes entre ellos el polietileno, son sólo compuestos de carbono e
hidrogeno, otros contienen
Oxigeno como los acrílicos, Nitrógeno como las Amidas (nylon), silicio como las siliconas, etc.
Existen polímeros naturales de gran significación comercial como el
algodón, formado por fibras de celulosas. La
celulosa se encuentra en la
madera y en los tallos de muchas
plantas, y se emplean para hacer telas y papel. La seda es otro polímero natural muy apreciado y es una poliamida semejante al nylon. La lana, proteína del pelo de las ovejas, es otro ejemplo. El hule de los
árboles de hevea y de los arbustos de Guayule, son también polímeros naturales importantes. Sin embargo, la mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas.
Propiedades de los Plásticos.
Es importante entender las propiedades características de los plásticos, entre los cuales se encuentran el alto peso molecular, la baja
densidad, alta
resistencia a la
corrosión y baja conductividad térmica y eléctrica, todo al contrario de los materiales metálicos, es por ello que su aplicación en la industria moderna es cada día más creciente. Las características antes mencionadas hacen posible su amplia aplicación y uso de tipo industrial, tal es así que en la actualidad existen plásticos con elevada resistencia al
calor y a la tracción, con
valores próximos a los aceros.
Los plásticos, bajo carga, tienen un
comportamiento diferente al de cualquier otro material industrial, la razón es que en forma especial los termoplásticos tienen un comportamiento viscoelástico, es decir tienen una reacción viscosa y elástica, al contrario de los
metales que tiene una reacción ante las cargas de una falla por deformación. Esta deformación viscoelástica se debe, en forma principal, a la
estructura molecular de cadena larga. Cuando las cadenas largas están bajo cargas, se mueven una a lo largo de la otra y la cantidad de
movimiento se debe al tipo de enlace. Los plásticos con enlaces débiles se deforman con más facilidad que los que tienen enlaces fuertes.
PROCESAMIENTO DE LOS PLASTICOS.
En la industria de los plásticos, participan los manufactureros de las resinas básicas, a partir de
productos químicos básicos provenientes del
petróleo y de sus gases y que suelen producir la
materia prima en forma de polvo, gránulos, escamas, líquidos ó en forma estándar como láminas, películas, barras, tubos y formas estructurales y laminados, participan también los
procesadores de plásticos que conforman y moldean las resinas básicas en productos terminados. En la conformación y moldeo de las resinas se utilizan también diversos componentes químicos o no, que le proporcionan al
producto terminado ciertas características especiales, dentro de ellos tenemos:
- Las cargas, que sirven de relleno, dar resistencia, dar rigidez al moldeado o bajar los costos de producción, dentro de ellos tenemos el aserrín, tejidos de algodón, limaduras de hierro, fibra de vidrio, etc.
- Colorantes, para proporcionar color al producto terminado, son de origen mineral como los óxidos, se proporcionan en forma de polvos y en forma de resinas de óleo.
- Aditivos como los endurecedores para las resinas líquidas, espumantes y desmoldantes para el moldeado.
Una de las más amplias ramas de la industria de los plásticos comprende las compañías que producen a partir de películas y láminas artículos como cortinas, impermeables, artículos inflables, tapicería, equipajes, en general artículos de: tocador, cocina, etc. Para la producción de todos estos artículos se hace necesario también la participación de un diseñador y un estampador para el acabado final. Los métodos de moldeo y conformados más común son el moldeado por
prensa, moldeado por inyección prensada, por inyección, moldeado por soplado de cuerpos huecos, termoformado, calandrado, refuerzo, recubrimientos, como
pintura dura, maquinado, unión y colado en moldes.
MOLDEADO POR PRENSA.
Es el
método más usado para producciones unitarias y pequeñas series. Este
procedimiento es indicado para moldear resinas denominadas Duroplásticos, que se obtiene en forma de polvo o granulado, para lo cual el molde previamente elaborado según la pieza a conformar, por lo general en macho y hembra, se calienta, se le aplica el desmoldante y se deposita en ella la cantidad precisa de resina.
Luego de cerrar el molde la resina se distribuye en su interior, se aplica calor y
presión a valores de 140° - 170°C y 100 Bar o más. El calor y la presión conforman el plástico en toda su extensión. Con la finalidad de endurecer la resina a moldear (polimerizar o curar), se procede a enfriar el molde y se extrae la pieza. La polimerización o curado es un
cambio químico permanente, dentro de la forma del molde. Para obtener el calor necesario se recurre a diversos
procedimientos como
resistencias eléctricas,
luz infrarroja o
microondas, la presión que se aplica se obtiene por medio de prensas mecánicas o hidráulicas. El
tiempo que se aplica el calor y la presión al molde cerrado, está en
función del
diseño de la pieza y de la composición de la resina. El procedimiento se aplica para producir piezas simples y de
revolución como tazas, platos, cajas de
radio, llaves de luz, tubos etc.
MOLDEADO POR PRENSADO EN INYECCIÓN
(transferencia) Al igual al método anterior también se le utiliza para el moldeo de resinas duroplásticas y en algunos casos las termoplásticos. La diferencia entre el moldeado por prensa y el de transferencia es que el calor y la presión necesaria para la polimerización (para fundir) de la resina se realiza en una cámara de caldeo y compresión, en ella previamente calentada se aplica el desmoldante y una determinada cantidad de resina en forma de polvo o en forma granulada. Cuando la resina se hace plástica, se transfiere al molde propiamente dicho mediante un émbolo en la cámara de caldeo. Por medio de bebederos o canales de transferencia, después de curado el plástico se abre el molde y se extrae la pieza.
El moldeado por transferencia fue desarrollado para facilitar el moldeo de productos complicados con pequeños agujeros profundos o numerosos insertos metálicos. En el moldeado por prensado, la masa seca varía la posición de los insertos y pasadores metálicos que forman los agujeros, en el moldeado por transferencia por el contrario, la masa plástica licuada fluye alrededor de estas partes metálicas, sin cambiarle la posición.
INYECCIÓN.
Es el principal método de la industria moderna en la producción de piezas plásticas, la producción es en serie, principalmente se moldea termoplásticos y para el moldeo de los duroplasticos se tiene que realizar modificaciones. El material plástico en forma de polvo o en forma granulada, se deposita para varias
operaciones en una tolva, que alimenta una cilindro de caldeo, mediante la rotación de un husillo o tornillo sin fin, se transporta el plástico desde la salida de la tolva, hasta la tobera de inyección, por efecto de la fricción y del calor la resina se va fundiendo hasta llegar al
estado líquido, el husillo también tiene aparte del movimiento de rotación un movimiento axial para darle a la masa líquida la presión necesaria para llenar el molde, actuando de ésta manera como un émbolo.
Una vez que el molde se ha llenado, el tornillo sin fin sigue presionando la masa líquida dentro del molde y éste es refrigerado por medio de
aire o por agua a presión hasta que la pieza se solidifica. Las
máquinas para este trabajo se denominan inyectora de husillo impulsor o de tornillo sin fin, también se le denomina extrusora en forma genérica.
En gráfico adjunto tenemos un corte transversal de una parte de un inyector de plástico en la que se observa:
1.- Tolva.
2.- Motor Hidráulico.
3.-Husillo sin fin.
4.- Sistema de calefacción del husillo.
5.- Molde
Soplado de cuerpos huecos.
Es un procedimiento para moldeo de termoplásticos únicamente, para ello, mediante una extrusora en forma horizontal o vertical se producen dos bandas o preformas calientes en estado pastoso, de un espesor determinado y además inflable, que se introducen al interior del molde partido, posteriormente se cierra el molde y mediante un mandril se introduce aire a alta presión entre las dos láminas, ésta presión hace que las láminas de plástico se adhieran a las paredes interiores del molde haciendo que tomen su configuración, seguidamente se enfría el molde para que las películas se endurezcan, pasado esto se procede a extraer la pieza y se elimina el material excedente( rebaba).
Para éste procedimiento es necesario que el material tenga estabilidad de
fusión para soportar la extrusión de la preforma y el soplado de la misma al interior del molde. El moldeado por soplado de cuerpos huecos tiene un uso muy extenso para producir recipientes como botellas, galoneras, pelotas, barriles de todo tamaño y configuración, además de piezas para
autos,
juguetes como muñecas, etc.
Molde de acero para soplado de una galonera plástica de 64 onzas
TERMOFORMADO:
Procedimiento exclusivo para termoplásticos, la resina se proporciona en forma de fina láminas al cual se le calienta para
poder conformarlo.
Con aire a presión o vacío, se obliga a la hoja a cubrir la cavidad interior del molde y adoptar su configuración, se utiliza para la fabricación de diversos recipientes como vasos, copas, pequeñas botellas todos descartables, la producción es en serie, utilizándose planchas o láminas del tamaño adecuado para 100 a 200 piezas.
EL CALANDRADO.
Se utiliza para revestir materiales textiles, papel, cartón o planchas metálicas y para producir hojas o películas de termoplástico de hasta 10 milésimas de pulgada de espesor y las láminas con espesores superiores. En el calandrado de películas y láminas el compuesto plástico se pasa a través de tres o cuatro rodillos giratorios y con caldeo, los cuales estrechan el material en forma de láminas o películas, el espesor final de del producto se determina por medio del espacio entre rodillos.
La superficie resultante puede ser lisa o mate, de acuerdo a la superficie de los rodillos. Para la aplicación de recubrimientos a un tejido u otro material por medio del calandrado, el compuesto de recubrimiento se pasa por entre dos rodillos horizontales superiores, mientras que el material por recubrir se pasa por entre dos rodillos inferiores conjuntamente con la película, adhiriéndola con el material a recubrir. Otro procedimiento utiliza resina líquida a la cual se le agrega colorante y endurecedor y mediante dos rodillos de los cuales el inferior está en contacto con una bandeja con el compuesto líquido que impregna el material a recubrir, a los rodillos se les proporciona calor para acelerar la polimerización del compuesto.
EXTRUSIÓN.-
Se usa principalmente para termoplásticos. La extrusión es el mismo proceso básico que el moldeado por inyección, la diferencia es que en la extrusión la configuración de la pieza se genera con el troquel de extrusión y no con el molde como en el moldeado por inyección.
En la extrusión el material plástico, por lo general en forma de polvo o granulado, se almacena en una tolva y luego se alimenta una larga cámara de calefacción, a través de la cual se mueve el material por
acción de un tornillo sin fin, al final de la cámara el plástico fundido es forzado a salir en forma continua y a presión a través de un troquel de extrusión preformado, la configuración transversal del troquel determina las forma de la pieza.
A medida que el plástico extruido pasa por el troquel, alimenta una correa transportadora, en la cual se enfría, generalmente por ventiladores o por inmersión en agua, con éste procedimiento se producen piezas como tubos, varillas, láminas, películas y cordones.
En el caso de recubrimiento de alambres y cables, el termoplástico se estruje alrededor de una longitud continua de alambre o cable, el cual al igual que el plástico pasa también por el troquel, después de enfriado el alambre se enrolla en tambores.
FUNDICIÓN.-
Mediante éste procedimiento se trabajan tanto termoplásticos como duroplásticos, en estado líquido por lo general o en estado granulado o en polvo, para la producción de diversas piezas, la diferencia entre la fundición y el moldeo es que no se utiliza la presión, el calor se utiliza sólo para resinas en forma de polvo o granulados, la masa se calienta hasta que esté fluido y se vierte en el molde, luego se cura a temperaturas que varía según el plástico y luego se retira del molde.
La explotación mesurada de los recursos naturales es vital para su preservación.
Etapa I
Etapa IV)
