Procesos de Inyeccion de Plastico

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA

MATRICERÍA TRABAJO GRUPAL

INYECCIÓN DE MATERIALES PLASTICOS CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS POLÍMEROS INTEGRANTES.

MAR – JUL 2019

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ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 1. TEMA. Inyección de materiales plásticos-características generales de los polímeros

2. OBJETIVO. Reforzar el aprendizaje durante el tercer parcial, mediante la investigación exhaustiva sobre inyección de polímeros.

3. RESUMEN HEREDIA

Haga un breve resumen sobre las características generales de los polímeros, sus propiedades físicas y las características más importantes que se deben considerar para el proceso de moldeo.

4. MARCO TEORICO. CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS HEREDIA Explicar cada una de las características de la clasificación de los polímeros de acuerdo a lo indicado a continuación:  Según su origen  Según su mecanismo de polimerización  Según sus aplicaciones  Según su comportamiento al elevar la temperatura 2

 Propiedades de termoplásticos: especificaciones, normas para el moldeo; dos ejemplos con sus aplicaciones  Propiedades de termofijos: especificaciones, normas para el moldeo; dos ejemplos con sus aplicaciones MÁQUINAS DE INYECCIÓN JORDY Explique brevemente sobre las máquinas que se utilizan en la inyección de polímeros.

CARACTERÍSTICAS MÁS IMPORTANTES DEL PROCESO DE INYECCIÓN Características básicas de las máquinas Con respecto a la máquina debemos considerar las siguientes Características básicas que son las primeras consideraciones que se realizan a la hora de definir una máquina de inyección, como son capacidad de inyección, capacidad de plastificación, presión de inyección máxima, fuerza de cierre máxima y velocidad de inyección máxima. Capacidad de inyección Se entiende por capacidad de inyección la cantidad máxima de material que una máquina es capaz de inyectar de una sola vez en un molde a una presión determinada. La capacidad de inyección proporciona una idea de las posibilidades de la máquina considerada. En los catálogos de los fabricantes de máquinas de inyección en ocasiones se indica la capacidad de inyección como el peso máximo, expresado en gramos, que puede

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inyectar la máquina en un solo ciclo, supuesto que no se ha colocado ningún molde o que éste ofrece muy poca resistencia a la entrada del polímero. La unidad de inyección suele escogerse de forma que sea capaz de

contener

material suficiente para dos ciclos. En otras palabras, el 50% de la capacidad de inyección de un cilindro debería vaciarse en cada ciclo. Por otra parte, la cantidad de material introducida en el molde nunca debería ser inferior al 20% ni superior al 80% de la capacidad del cilindro, de modo que el tiempo de permanencia del material en la cámara de plastificación no sea excesivamente largo para evitar que el material se degrade, ni excesivamente corto para evitar que no se encuentre plastificado. Capacidad de plastificación La capacidad de plastificación es otro dato muy importante para evaluar las posibilidades de una máquina de inyección, sin embargo, no es fácil

expresar

numéricamente este concepto. Se puede definir, aunque ambiguamente, como la cantidad máxima de material que la máquina es capaz de plastificar por unidad de tiempo. Para comprender mejor este criterio es preciso aclarar que por “plastificar” un polímero debe entenderse el calentar éste lo suficiente para que alcance una temperatura a la que pueda ser inyectado, y esta aclaración mantiene la ambigüedad de la definición anterior. Evidentemente, la capacidad de plastificación depende de la eficacia de calefacción de la cámara de plastificación y de las propiedades térmicas del polímero que se calienta. Presión de inyección La presión de inyección es una característica mejor definida. Se entiende por presión de inyección la medida en la cara delantera "a” del pistón de inyección o husillo. Como el husillo está actuado por un pistón hidráulico al que es solidario, la

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fuerza en ambas caras "A” y “a” será la misma, y si p es la presión de la línea hidráulica y P la presión de inyección se cumplirá

P= p (A/a) La presión p en la línea puede leer se en un manómetro M y la relación de superficies entre las caras de los pistones (A/a) es una característica de construcción

de

la

máquina

que

debe

conocerse.

Las

máquinas

convencionales se construyen con relaciones A/a entre 8 y 9 generalmente. Esta presión de inyección P no es la misma que la máxima presión que se desarrolla en las cavidades de moldeo, la cual es bastante menor y puede tener valores solamente del 20% de la presión de inyección y aun menores, dependiendo de las características del molde, de las condiciones de moldeo y del polímero utilizado.

Velocidad de inyección La velocidad de inyección es el caudal de material que sale de la máquina durante el periodo de inyección; se expresa generalmente en cm 3/s y es una medida de la rapidez con que puede llenarse un molde dado. La velocidad de inyección viene principalmente determinada por la velocidad de avance del pistón o husillo, y también se puede expresar como el número de veces por unidad de tiempo que el tornillo puede efectuar su recorrido completo de ida y vuelta cuando la máquina funciona en vacío, es decir, sin molde y sin material de moldeo. 5

Naturalmente,

esta

característica

de

la

máquina sólo depende de las demás

características con que ha sido construida y en especial del tipo de sistema hidráulico utilizado. Fuerza de cierre La fuerza de cierre es aquella que mantiene unidas las dos mitades del molde mientras en la cavidad de moldeo se desarrolla la máxima presión como consecuencia de su llenado. Como ya se ha mencionado, la presión en la cavidad de moldeo es mucho menor que la presión de inyección, si bien se desarrolla una fuerza que tiende a separar las dos mitades del molde y que viene dada por el producto de la presión en la cavidad de moldeo por el área proyectada de ésta. Esta fuerza interna del molde puede ser muy grande y necesita ser contrarrestada por una fuerza de cierre que en todo momento sea superior a ella para asegurar así que el molde se mantiene cerrado durante la inyección.

Cuanto

mayor

es

la

fuerza

disponible para mantener cerrado el molde tanto mayor es el área transversal de la pieza que puede moldearse, a igualdad Las

máquinas

de

de las

demás condiciones.

inyección convencionales empleadas hoy en día son

capaces de desarrollar fuerzas de cierre de más de 1000 toneladas. Las condiciones de fabricación de las piezas plásticas son: La pieza se obtiene en una sola etapa.-Efectivamente es un proceso que da como resultado la obtención de la pieza en una sola etapa, debido a que la matriz esta diseña para un proceso continuo.

Se necesita poco o ningún trabajo final sobre la pieza obtenida.-Los resultados de la pieza, requiere poco trabajo, solo requiere un corte del exceso, donde se inyecta el material 6

El proceso es totalmente automatizable.-Si el proceso es totalmente automatizable, para obtener mejores acabados en la pieza. Las condiciones de fabricación son fácilmente reproducibles.-Si debido a que la matriz esta diseña para una gran cantidad de piezas. Las piezas acabadas son de una gran calidad.-Efectivamente son de gran calidad, ya que es un proceso continuo, y el acabado depende del tipo de matriz, y de factores que son susceptibles a ser modificados hasta obtener los resultados requeridos. Explique las siguientes restricciones que se han de tener en cuenta en la inyección de plásticos: Dimensiones de la pieza. -Tendrán que ser reproducibles y de acuerdo a unos valores determinados, lo que implicará minimizar las contracciones de la misma.

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

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

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

Consumo energético.- Una disminución del consumo energético implicará un menor coste de producción. ETAPAS DEL PROCESO DE INYECCIÓN. JORDY 7

El proceso de obtención de una pieza de plástico por inyección, sigue un orden de operaciones que se repite para cada una de las piezas. Este orden, conocido como ciclo de inyección, describa las etapas del ciclo. IDENTIFIQUE Y EXPLIQUE LAS VARIABLES MÁS IMPORTANTES DEL PROCESO DE INYECCIÓN. Existen numerosas variables que pueden afectar al proceso de inyección de forma directa o indirecta. Para determinar cuáles son las mejores condiciones de operación, desde el punto de vista de productividad y calidad, es importante conocer muy bien el proceso y saber cuáles de estas variables tienen más efecto sobre estos dos aspectos. Identificar y explicar cómo influyen las variables indicadas en el del proceso de inyección de plásticos: Temperatura de inyección. La temperatura de inyección es importante, ya que los materiales poliméricos requieren alcanzar cierto valor de temperatura, para obtener condiciones idóneas de viscosidad y fluidez para poder inyectarlo. Todo ello contrasta con que esta temperatura debe ser lo suficientemente baja, como para que no se aceleren los procesos fisicoquímicos que conduzcan a la degradación del material. Una vez introducido en la tolva, el material en forma de granza, pasa al cilindro de inyección. La fusión de éste se debe, fundamentalmente, al calor provocado por la fricción; que produce el movimiento de giro del husillo en la unidad de plastificación. Las bandas calefactoras se utilizan principalmente para mantener el plástico a la temperatura requerida. Debido a la fricción, antes explicada; la temperatura real del plástico será, normalmente, superior a la temperatura de control de las bandas calefactoras.

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La unidad de inyección suele tener de tres a cinco zonas de temperatura en el cilindro. El perfil de temperaturas utilizado depende de factores como: la geometría del husillo, la viscosidad del material, la longitud necesaria de flujo, etc. Normalmente, en la zona de la tolva se selecciona la temperatura más baja y se va incrementando, gradualmente, en el resto de las zonas. Es importante refrigerar la salida de la tolva por tres motivos:  Evitar que se forme un tapón de material por sinterización de la granza.  Prevenir la degradación del fluido hidráulico del motor que acciona el husillo, debido a una temperatura demasiado alta.  Favorecer el arrastre del material para una correcta plastificación.

Temperatura de molde. La temperatura del molde es muy importante en el proceso de inyección, ya que afecta de forma directa a la calidad de la pieza inyectada. El objetivo del enfriamiento del molde es extraer calor de la cavidad, a fin de disminuir la temperatura hasta la solidificación del material plástico; de forma que este enfriamiento se produzca homogéneamente en toda la pieza. El enfriamiento se consigue haciendo pasar por los conductos de refrigeración del molde agua o aceite. Gracias a este flujo de líquido y a la excelente conductividad del 9

metal que forma el molde, se produce el intercambio de calor y se logra la disminución de la temperatura de la pieza moldeada. La temperatura prefijada se mantiene calentando o enfriando el líquido mediante un atemperador. A pesar de esto, la temperatura media de la cavidad puede ser unos 10 ó 20 (°C) mayor que la temperatura del refrigerante, durante el proceso de inyección. La temperatura del molde afecta directamente al tiempo de ciclo, la contracción, el alabeo, el acabado o brillo superficial y la cristalinidad. Cuando la temperatura del molde sea alta, se obtendrá una pieza con más brillo y cristalinidad. Por el contrario, un enfriamiento rápido tendrá como consecuencia la formación de una capa exterior amorfa y acortará, significativamente, el tiempo de ciclo.

Distancia de carga. Como se mencionó anteriormente, la inyección de material plástico en el interior del molde se realiza en dos etapas: la inyección del material en la fase de llenado y la aplicación de la presión de mantenimiento en la fase de mantenimiento. La distancia de 10

carga en el cilindro debe ser suficiente, para que se pueda llenar aproximadamente el 90-99 % del molde, durante la fase de inyección. Además, se debe tener en cuenta la existencia de un cojín de material, suficiente para aplicar posteriormente la presión de mantenimiento. Esta presión será transmitida por medio del polímero fundido, por lo que sino hay cojín no se podrá aplicar. El cojín se establece fijando una distancia de carga superior a la necesaria para llenar la cavidad del molde. Si este cojín es demasiado pequeño, puede ocurrir que durante la etapa de mantenimiento el husillo avance hasta el final del cilindro y arrastre todo el material hacia el interior del molde, haciendo que la aplicación de la segunda presión no sea efectiva. Si por el contrario, el cojín es excesivamente grande se puede favorecer la degradación del material, ya que estará durante más tiempo a altas temperaturas y presiones.

Tiempo de inyección. El tiempo de inyección se relaciona con la velocidad de inyección de manera inversa. Así, tiempos de inyección pequeños implican velocidades muy elevadas. Además, la velocidad de inyección también está relacionada directamente con la presión de 11

inyección. A velocidades muy altas la presión de inyección crece muy rápidamente, a causa de la resistencia al flujo en la boquilla y en la entrada de la cavidad. Con velocidades menores, en cambio, el plástico se va solidificando a medida que se inyecta el material; aumentando la viscosidad y disminuyendo la sección de paso. En las máquinas hidráulicas la velocidad de inyección, o el tiempo de inyección, se controla mediante el caudal de aceite. De esta forma, el husillo fuerza al material plastificado hacia el interior del molde siguiendo un perfil de velocidades. Normalmente, las velocidades del principio y del final de la etapa de inyección son menores, para tratar más suavemente los elementos de la máquina de inyección y del molde. Otro aspecto a tener en cuenta es la diferencia de temperaturas entre la entrada y el final de la pieza inyectada. Cuando el tiempo de inyección es muy corto, la temperatura, al final del recorrido del plástico inyectado, puede ser mayor que la de inyección; a causa del calentamiento por fricción que sufre el material. Con tiempos elevados las temperaturas suelen ser inferiores; existiendo un tiempo de inyección intermedio, donde se igualan la temperatura de inyección y la de la última zona llenada del molde. A la hora de fijar las condiciones de operación de un proceso de inyección, es recomendable seleccionar un tiempo de inyección. Esto debe permitir minimizar la presión de inyección y la diferencia de temperaturas, entre la entrada del molde y el final de la pieza inyectada, siempre dentro de unos márgenes de productividad. Tiempo de mantenimiento.

La duración de la etapa de mantenimiento se conoce como tiempo de mantenimiento y tiene una influencia decisiva. Si este tiempo es demasiado corto el plástico puede salir de la cavidad hacia el sistema de alimentación y la unidad de inyección; con los 12

consiguientes cambios de orientación y disminución de la tenacidad de la pieza, fluctuaciones en el peso, falta de reproducibilidad y una gran variedad de defectos. Así, en moldes de colada fría, es usual la aplicación de la segunda presión hasta la solidificación de la entrada, cuando ya no puede entrar más material en la cavidad. A partir de entonces ya no tiene sentido seguir aplicando presión de mantenimiento. En este sentido, el tiempo de mantenimiento dependerá directamente de la temperatura de inyección y de la temperatura del molde. Cuando la temperatura del material fundido sea elevada, la entrada del molde permanecerá abierta más tiempo y se deberá aumentar el tiempo de mantenimiento. Por otro lado, si la temperatura de la pared del molde es alta, la pieza enfriará más lentamente y también será necesario un tiempo de mantenimiento superior. Esto se halla en directa relación con el espesor de la entrada del molde. Tiempo de enfriamiento. Como ya ha sido mencionado en las etapas del proceso de inyección, el tiempo de enfriamiento del molde comienza en la fase de inyección, cuando el material se solidifica en la pared del molde. Sin embargo, este tiempo de enfriamiento debe prolongarse más allá de la fase de mantenimiento; motivado porque la pieza moldeada o se ha enfriado aún lo suficiente y no posee la estabilidad necesaria para el desmoldeo. De todas formas, es suficiente que estén frías las regiones externas de la pieza para poder extraerla del molde en condiciones estables sin que ésta se deforme. Así, se consigue acortar el tiempo de ciclo significativamente mejorando la productividad del proceso. Un aspecto decisivo para la economía de un proceso de inyección es el número de piezas producidas por unidad de tiempo, que depende en gran medida del tiempo de enfriamiento y éste, a su vez, varía proporcionalmente en relación con el cuadrado del espesor de la pared de la pieza. Por tanto, no es recomendable inyectar piezas 13

excesivamente gruesas. Además, para que el enfriamiento se produzca de forma homogénea en toda la pieza es mejor que los espesores de ésta sean uniformes. En general, cuando la pieza permanece en el interior del molde se inhiben mecánicamente por las paredes de la cavidad ciertas contracciones y alabeos, pero a su vez se produce la formación de tensiones residuales dentro de la pieza que pueden ocasionar deformaciones posteriores. Después, al ser expulsada, algunas de estas tensiones provocan deformaciones al no haber restricciones externas. Para tiempos de enfriamiento más cortos lo que se consigue es, además de reducir el tiempo de ciclo, minimizar las tensiones residuales ya que la pieza sale más caliente del molde y tienen lugar entonces procesos de relajación que reducen estas tensiones, pero en general aumenta las deformaciones. Tiempo de plastificación. El tiempo de plastificación o de carga es el tiempo que tarda la máquina en cargar material para la próxima inyectada y será afectado por:  La temperatura.  La velocidad de giro del husillo.  La contrapresión.  El tipo del material. Tiempos de movimiento. Los tiempos de movimiento corresponden a los tiempos:  De apertura de molde.  De expulsión.  De cierre de molde. Tiempo de ciclo. El tiempo de ciclo depende, principalmente, de los tiempos de las etapas o fases de: 14

 Cierre del molde.  Inyección.  Enfriamiento de la pieza.  Apertura del molde y expulsión de la pieza. De esta manera, la variable más importante en el diseño de una pieza de plástico es la velocidad de enfriamiento, debido a la gran influencia en el tiempo de ciclo, y por lo tanto, en los costes de transformación. De esta manera, el tiempo de enfriamiento ocupa la mayor parte del tiempo de ciclo y solapa la acción las siguientes fases:  Inyección: fase de llenado y fase de mantenimiento.  Plastificación o dosificación. Como ya se comentó, el tiempo de enfriamiento depende del tipo de pieza que se enfría en el molde. No es necesario esperar hasta que toda la pieza enfríe hasta la temperatura del molde, sin que estén lo suficientemente enfriadas las regiones externas de la pieza para poderla extraer del molde en condiciones estables. Con esto se consigue optimizar el tiempo de producción. Así el tiempo de enfriamiento y, por tanto, el tiempo de ciclo dependerá principalmente de:  Temperatura del material fundido.  Temperatura de la pared del molde.  Temperatura de expulsión.  Conductividad térmica del material.  Calor específico del material.  Espesor: La parte más gruesa será la última en enfriar dentro del molde, influyendo en el tiempo de enfriamiento.

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Primera presión o presión de inyección. La presión de inyección durante la fase de llenado ha de ser la suficiente para que se pueda conseguir la velocidad deseada, y, por tanto, el tiempo de inyección deseado. De esta manera, la presión de inyección depende de los mismos factores que la velocidad.

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Segunda presión o presión de mantenimiento. La presión de mantenimiento o segunda presión se aplica una vez ha finalizado la etapa de inyección de material en el molde. El objetivo es completar el llenado del molde y compactar el material del interior de la cavidad para minimizar la contracción que tiene lugar durante su solidificación. El momento del cambio a segunda presión es importante. Si se cambia demasiado pronto, la pieza no queda lo suficientemente compacta y aparecen rechupes, mientras que un cambio demasiado tardío provoca una sobrepresión y la formación de rebabas en la pieza. Para fijar la presión de mantenimiento con la que se va a trabajar se ha de tener en cuenta que si ésta es demasiado baja o si la duración de esta fase es excesivamente corta pueden aparecer rechupes o vacuolas en la pieza inyectada, de esta manera, las dimensiones de la pieza pueden estar fuera de las tolerancias especificadas o haber reflujos de material plástico no consolidado desde el molde hacia la unidad de plastificación (o incluso no llenar la pieza). 17

Si la presión de mantenimiento resulta ser demasiado elevada puede producirse una sobrecompactación de la pieza, que implica un aumento de las tensiones residuales, además de una posible disminución de las propiedades mecánicas y aparición de deformaciones en la pieza o alabeos (en general el límite máximo puede situarse en la aparición de rebabas). En general, se suelen utilizar, como mínimo, presiones de mantenimiento de un 5070% de la presión de inyección para materiales amorfos y de un 70-100% para materiales semicristalinos.

Contrapresión La contrapresión en la plastificación frena el retroceso del husillo en la fase de carga. El aumento en los valores de este parámetro afectará directamente a la temperatura del material procesado. De esta forma, al aumentar la contrapresión se tiene que el tiempo de plastificación aumenta, por lo que también lo hará el tiempo de permanencia en la cámara. La compresión sobre el material aumenta, lo que incrementa la temperatura del fundido. 18

Una primera consecuencia de un aumento en la contrapresión, es que se registra un ligero aumento en la cantidad de material cargado. En si, se recomiendan valores de contrapresión de entre 5 y 10 MPa, ya que si se tienen valores muy bajos, se pueden tener piezas inconsistentes y con poca homogenización del material. Por el contrario, elevados valores de contrapresión ocasionarán un aumento en la contribución de la fricción a la temperatura del fundido, pudiendo degradarse. En general se pueden seguir dos lineamientos para el establecimiento de la contrapresión: 1. Cuando se utiliza un porcentaje elevado de la capacidad de plastificación de la máquina, se utilizarán valores altos de contrapresión a fin de aumentar la velocidad de plastificación y así conseguir un mayor volumen. 2. Si el porcentaje de utilización de la capacidad de plastificación de la máquina es pequeño, se utilizarán valores de contrapresión bajos, a fin de evitar que el material permanezca por periodos prolongados en la máquina.

IDENTIFIQUE Y EXPLIQUE LOS TIPOS DE DEFECTOS QUE SE PRESENTAN EN PIEZAS MOLDEADAS POR INYECCIÓN.

La mayor parte de quejas debidas a defectos de piezas de inyección de plástico puede ser atribuida a errores triviales del proceso de producción. Sin embargo, hay que decir que los errores estructurales tanto de la pieza inyectada como del molde, son a menudo la razón por la cual el molde no puede conseguir la calidad requerida de la pieza incluso cambiando los parámetros de proceso. A continuación se presenta una lista de algunos de los defectos estructurales más comunes, además de la descripción de los errores de proceso, para determinar si el 19

defecto puede ser corregido cambiando los parámetros de proceso o bien si ha de ser modificado el molde. Defectos más comunes. El moldeo por inyección es un proceso complicado y puede fallar muchas cosas. Algunos defectos comunes en las partes moldeadas por inyección son los siguientes: 1 Rechupes y vacuolas. 2. Zona mate cerca del punto de colada. 3. Estrías (estrías quemadas, estrías de oxidación, vetas en el material). 4. Pulido no uniforme. 5. Líneas de flujo. 6. Jetting (efecto chorro). 7. Efecto Diesel (áreas quemadas por concentración de gases). 8. Delaminación en capas (pieles). 9. Efecto stick-slip (irisados circulares ó micro alas). 10. Grietas o microgrietas. 11. Grietas de tensiones. 12. Falta de llenado completo de la pieza. 13. Marcas del expulsar. 14. Deformación por la expulsión. 15. Deformación o alabeo (warpage). 16. Material frío. 17. Líneas de flujo frías. 18. Aire atrapado. 19. Manchas negras.

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20. Granza sin fundir. 21. Compactación excesiva. A continuación, se explican algunos de los defectos citados anteriormente, su manifestación en el producto final, sus posibles causas y sus correcciones. Para analizar mejor cada uno de ellos, los defectos se pueden clasificar como: • Defectos de superficie. • Defectos de contorno exterior (forma). • Propiedades mecánicas diferentes. Rechupes (sink marks). Los rechupes son unos defectos visuales típicos que desvirtúan el aspecto de la pieza inyectada Si no se añade material a la cavidad del molde mientras el plástico se contrae, y si las capas todavía no están suficientemente fuertes debido a una falta de refrigeración, se forman hendiduras entre la pared de la cavidad y la corteza de la pieza. Estas hendiduras son denominadas rechupes, "sink marks", o el efecto "dog-bone" Los rechupes también se forman incluso después de que la pieza es extraída del molde. Cuando la pieza es extraída se forma una capa rígida exterior. Si la pieza ha sido inyectada demasiado deprisa el núcleo todavía se encuentra en estado líquido El calor contenido en este núcleo debe ser todavía extraído Esto crea un estado tensional que se traduce en contracciones en la parte exterior de la pieza.

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Para prevenir este defecto deben seguirse los siguientes puntos que afectan tanto al diseño de la pieza como al diseño del propio molde evitar diferencias de espesor de las paredes evitar acumulaciones de material tomar especial atención a la relación grosordiseño de los nervios (por ejemplo, radios) asegurar una adecuada refrigeración del molde el conducto de colada debe ser situado en la pared más gruesa el conducto de colada debe ser suficientemente grande (área) usar el bebedero cuando sea posible. Si el problema ocurre cuando el molde ya está construido, el efecto de los siguientes parámetros sobre los rechupes debería ser examinado más detenidamente. • Reducir temperatura de fusión. • Reducir temperatura de la pared de la cavidad. • Aumentar velocidad de avance del tornillo. • Aumentar presión de contención. • Aumentar tiempo de presión de contención. • Aumentar volumen de inyección. • Evitar el uso de desmoldeantes en el molde siempre que sea posible.

Rebaba. Esto ocurre cuando la fusión de polímero se mete en la superficie de separación entre 22

las partes del molde, también puede ocurrir alrededor de los pernos de eyección. El defecto es causado generalmente por: 1. Venteos y claros muy grandes en el molde. 2. Presión de inyección demasiado alta comparadas con la fuerza de sujeción. 3. Temperatura de fusión demasiado alta. 4. Tamaño excesivo de la carga. Marcas hundidas y huecos. Estos son defectos relacionados generalmente con secciones gruesas de la pieza. Una marca hundida ocurre cuando la superficie exterior del molde solidifica, pero la contracción del material interno causa que la costra se deprima por debajo de la superficie nominal. Un hueco es causa por el mismo fenómeno básico, sin embargo, el material retiene su forma y la contracción se manifiesta como un hueco interno debido al alto esfuerzo a la tensión en el polímero aún fundido. Estos defectos pueden tener su origen en un incremento de la presión de compactación que sigue a la inyección. Una mejor solución es diseñar la parte para tener secciones con espesor uniforme y usando secciones más delgadas. Líneas de soldadura. Las líneas de soldadura ocurren cuando la fusión del polímero fluye alrededor de un corazón u otros detalle convexos en la cavidad del molde y se encuentran en la dirección opuesta; los límites así formados se llaman líneas soldadas y pueden tener propiedades mecánicas que son inferiores a las del resto de la parte. Las temperaturas altas de fusión, las presiones altas de inyección, las localizaciones alternas de las puertas en la pieza y una mejor ventilación son formas de evitar este defecto. Zona mate cerca del punto de colada 23

La siguiente foto muestra una pieza inyectada con este defecto. Un examen correcto del proceso de llenado del molde y de los esfuerzos generados muestran el origen del defecto.

El flujo laminar del plástico fundido sólo puede ser mantenido si la fricción estática entre la superficie del fluido y la pared de la cavidad permanece constantemente mayor que la fuerza de cizalla ejercida entre las capas del fluido.

En este caso la solución es intentar conseguir condiciones más favorables para la creación de una capa suficientemente fuerte para resistir la fuerza de cizalla del flujo, mediante la reducción de la velocidad inicial de inyección. Después puede subirse la velocidad de inyección con el fin de obtener una velocidad de fusión uniforme. Estrías (estrías quemadas, estrías de oxidación, vetas en el material) 24

Las ráfagas, especialmente las debidas a quemaduras, a humedad y a aire, son muy similares, haciendo muy difícil su clasificación, si no imposible. Si el fundido se daña térmicamente por temperaturas demasiado altas y/o tiempos de residencia demasiado largos, se originan productos gaseosos de descomposición, que son visibles en la superficie, por su color parduzco o plateado.

Ráfagas.Como ya se mencionó anteriormente, las ráfagas tienen un aspecto muy similar a las estrías, sin embargo estas tienen diversas causas. La temperatura de la masa está cerca del límite superior del proceso. Disminuyendo la velocidad de avance del husillo se obtiene una reducción del defecto. La reducción de la temperatura de masa actúa positivamente contra el defecto. Largo tiempo de permanencia en la unidad de plastifícación o en la parte delantera del husillo (debido, por ejemplo, a interrupciones en el ciclo de trabajo o a inyecciones de poco volumen). Alto contenido de material recuperado o el material ha sido fundido varias veces anteriormente. El molde está equipado con colada caliente. El molde está equipado con boquilla de válvula. Disminuyendo la temperatura de la masa disminuye el defecto.

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Ráfagas por quemaduras. Son debidas a la degradación térmica de la masa. El resultado puede ser una disminución de la longitud de la cadena molecular (decoloración plateada) o un cambio de la macromolécula (decoloración amarronada). Las posibles causas de la degradación térmica son: Presecado a temperatura demasiado alta o durante un tiempo demasiado largo. Temperatura de la masa demasiado alta. Cizallamiento demasiado alto en la unidad de plastificación (por ejemplo; velocidad del husillo demasiado alta) o en el molde (por ejemplo, velocidad de inyección excesiva). Tiempo de permanencia en la unidad plastificación demasiado largo. Las ráfagas por humedad. Aparecen en la superficie de la pieza moldeada en forma de colas de cometa. La superficie que rodea las ráfagas plateadas es, a menudo, porosa y rugosa. Las ráfagas por humedad debidas a humedad en la superficie del molde, aparecen como zonas largas, deslustradas y laminadas. Signos de las ráfagas por humedad: El material tiene tendencia a absorber humedad (ejemplo. PA, ABS, CA, PBT. PC, PMMA, SAN). Cuando al inyectar lentamente “al aire”, el fundido muestra burbujas y/o desprende vapor, el frente de avance solidificado en un llenado parcial muestra estructuras tipo cráter. Alto contenido de humedad en el material antes del proceso. Alta humedad en el ambiente (especialmente en combinación con moldes y materiales fríos).

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Ráfagas por aire. En la mayoría de los casos, las ráfagas de aire aparecen como ráfagas mates, plateadas o blancas que se hallan cerca de la última zona de llenado, nervios y variación de grosor de las paredes. Pueden aparecer ráfagas de forma laminar partiendo de la entrada y también de las depresiones o grabados. A continuación se explican las posibles causas y soluciones a las ráfagas por aire: • El defecto disminuye con una menor descompresión. • El defecto disminuye cuando el husillo avanza más lentamente. • Se aprecian burbujas en el material inyectado. • El frente de avance en un llenado parcial muestra estructuras tipo cráter. Ráfagas de color. Estas son debidas a una distribución desigual de los componentes o a distintas orientaciones de los pigmentos en el flujo del fundido La degradación térmica y las fuertes deformaciones pueden también dar origen a cambios o diferencias de color.

Cuando se utilizan materiales reforzados con fibra de vidrio, pueden aparecer superficies mates o rugosas. Los reflejos metálicos de la fibra de vidrio aparecen sobre toda la superficie en forma de ráfagas.

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Pulido no uniforme. Si atendemos a la calidad del brillo para evaluar una pieza, podemos encontrarnos con dos defectos: 1. Toda la pieza sea demasiado brillante, (o demasiado poco brillante). 2. Existan diferencias de brillo en la superficie de la pieza Las diferencias de brillo aparecen a menudo por las variaciones de espesor de las paredes en la zona visible de las piezas. El brillo de una pieza moldeada es la apariencia de su superficie, cuando es expuesta a la luz. Si un rayo de luz incide en la superficie, su dirección cambiará (refracción de la luz). Mientras que una parte de la luz será reflejada por la superficie, la otra parte reflejará dentro de la pieza o la penetrará con distintas intensidades. La impresión de brillo será tanto mejor cuanto menor sea la rugosidad de la superficie. Para ello, debe proyectarse un molde de paredes pulidas al máximo posible, y no un molde de paredes texturizadas o satinadas. Las diferencias de brillo son el resultado de los distintos comportamientos de proyección del plástico sobre las paredes del molde, a causa de las diferentes condiciones de enfriamiento y diferencias de contracción. 28

La deformación de las zonas ya enfriadas (debida, por ejemplo, a distorsión durante el enfriamiento en el molde) puede ser otra causa de diferencias del brillo.

Líneas de flujo. La línea de soldadura en las piezas de plástico representa, en la mayor parte de los casos, un defecto óptico y un debilitamiento mecánico Puede aparecer una muesca y/o cambio de color. Las muescas son particularmente visibles en piezas negras o transparentes, de superficies lisas o muy pulidas Los cambios de color son visibles principalmente en piezas con pigmentos de efecto metálico.

Las líneas de soldadura se originan cuando se encuentran dos o más frentes de flujo. Los frentes de flujo redondeados de la masa quedan aplastados y unidos cuando se tocan. Este proceso requiere el estiramiento del ya muy viscoso flujo. Si la temperatura y la presión no son lo suficiente altas, las esquinas de los frentes de flujo no se 29

desarrollarán del todo, apareciendo una muesca. Además, los fluidos ya no se mezclarán homogéneamente, produciéndose posiblemente una zona más débil mecánicamente. Si se usan compuestos que contengan aditivos (por ejemplo, pigmentos de color), es posible que se produzcan fuertes orientaciones de dichos aditivos cerca de la línea de soldadura. Estas orientaciones también pueden ser causa de cambios de color cerca de la línea de soldadura.

Efecto “jetting” (gusanillo) “Jetting” es la formación de un cordón de plástico fundido que entra en la cavidad del molde

desde

el

conducto

de

colada,

en

un

movimiento

incontrolado.

El cordón fundido hace un mínimo contacto con la pared de la cavidad, extendiéndose en pliegues durante la fase de llenado que después son rodeados por el plástico fundido que entra a continuación. Este fenómeno crea una falta de homogeneidad, deformaciones, tensiones locales internas, etc.

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La causa física del “jetting” se basa en un insuficiente flujo del polímero fundido desarrollado en la cavidad. El flujo ideal no se consigue necesariamente durante la fase de llenado del molde sin las medidas correctas. Esto es particularmente cierto en puntos donde de repente el canal se ensancha. Las dificultades de mantener un flujo correcto se agravan con los cambios bruscos del canal de fusión y con la velocidad del plástico inyectado. Las medidas para prevenir este fenómeno dependen de as causas específicas de este efecto Cuando un material fundido de alta viscosidad entra en el espacio vacío de la cavidad, la fuerza de cohesión de materia crea una gran resistencia al extenderse. Esta fuerza cohesiva interna puede ser reducida con un incremento de la temperatura.

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También una reducción del esfuerzo de cizalladura sería de gran ayuda, reduciendo por ejemplo, la velocidad Otra medida es diseñar la dirección de inyección de forma que la resistencia del flujo es generada directamente detrás del conducto de colada. La velocidad inicial de inyección de la fase de llenado debe ser lenta hasta que la capa de material fundido ha sido formada Después se pueden utilizar las ventajas de a alta velocidad de inyección. Efecto “Diesel”. Se aprecian unas manchas negras (quemaduras) en la superficie de la pieza moldeada. A menudo las piezas no están totalmente llenas en esas zonas. El efecto diesel es puramente un problema de ventilado o salida de aire. Puede darse cerca de agujeros ciegos, encajes, final de recorrido, y cerca de puntos donde convergen varios frentes de flujo. Ocurre cuando el aire no puede escapar o no se desplaza suficientemente rápido hacia las comisuras, canales de ventilación o expulsores Hacia el final del proceso de inyectado, el aire queda comprimido y sube de temperatura. El resultado son temperaturas muy altas que pueden llegar a la auto ignición del plástico y ser la causa de quemaduras en el material.

Delaminación en capas. Otro defecto que ocurre en los moldes de inyección es cuando el polímero fundido está 32

sujeto a un esfuerzo de cizalladura excesivo durante la fase de llenado. Este defecto ocurre principalmente en zonas delgadas y largas de la pieza. La delaminación puede ser eliminada con la reducción de la diferencia de temperatura entre molde y material reducción de los esfuerzos de cizalladura mantener el cilindro de plastificación libre de materia extraña.

Es importante añadir que el fenómeno de delaminación suele ocurrir después de un cierto tiempo de utilización de la pieza. Por esta razón, una vez realizada la pieza debe analizarse microscópicamente su estructura interna. Efecto stick-slip (irisados circulares o micro-alas). Este defecto superficial recuerda las ranuras de un disco. La razón física de este son las vibraciones elásticas del plástico fundido inyectado. Esto se debe en parte a una velocidad demasiado lenta en conjunción con las paredes de la cavidad, relativamente frías. Estas ranuras en la pieza inyectada también pueden ser producidas por una falta de presión de inyección. Una baja temperatura del plástico fundido y/o la temperatura del molde en combinación con las dos causas mencionadas anteriormente son a menudo las responsables del efecto “Stick-Slip”

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La eliminación del defecto se consigue mediante la corrección de estos parámetros del molde y de la máquina de inyección Grietas o microgrietas. Si se utilizan sustancias agresivas (por ejemplo grasa, soluciones alcalinas, etc.) el blanqueo y las roturas por tensión, aparecerán a menudo, sobre todo después de largo tiempo de servicio de la pieza.

Grietas de tensiones. La coloración blanca por tensión está causada por tensiones tanto internas como externas (por ejemplo: elongación). Las áreas expuestas a la tensión se vuelven de color blanco Las roturas por tensión suelen tener la dirección del desmolde. Muchas veces, las roturas por tensión aparecen varios días o semanas después de la inyección. 34

El color blanco y las roturas que se producen a causa de la tensión tienen lugar cuando se sobrepasa la deformación máxima tolerada (por ejemplo, por tensión exterior o por deformación). La deformación máxima depende del tipo de material que se utilice, de la estructura molecular, del proceso y del clima que rodea a la pieza. Falta de llenado completo de la pieza. Igual que en fundición, éste se produce en una pieza que ha solidificado antes de llenar completamente la cavidad. El defecto puede corregidores incrementando la temperatura o la presión. El efecto también pude originarse por el uso de una máquina con capacidad de dosificación insuficiente, en cuyo caso se necesita una máquina más grande.

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Una pieza mal llenada puede ser consecuencia de diversas causas que deberían ser investigadas tal y como se explica a continuación. Una cantidad insuficiente de carga de material en el plastificador es la causa típica de una pieza mal llenada. Este defecto también ocurre si la temperatura de fusión es demasiado baja. Además, una temperatura insuficiente del molde combinada con una velocidad de inyección excesivamente lenta, precipita el enfriamiento del flujo, lo cual impide el llenado de la cavidad. Esto también suele ocurrir si la presión de inyección es demasiado baja. La máquina de inyectar debe ser en este caso suficientemente potente. Unas salidas de aire del molde deficientes facilitan la formación de burbujas de aire en los puntos más lejanos Son, por tanto, necesarias adecuadas salidas de aire para solucionar este problema. Si el conducto de colada o su recorrido son demasiado estrechos, el material se enfría antes que la cavidad sea llenada. En este caso, un ensanchamiento de éstos elimina el problema con la reducción del nivel de presión requerido. La temperatura de la boquilla es otro factor. Si es demasiado baja resulta un enfriamiento prematuro con el consiguiente llenado incompleto. Finalmente, si el defecto no puede ser corregido con las medidas descritas anteriormente, debe ser verificada la válvula antirretorno. Aumentar el tiempo de refrigeración. Revisar la válvula antirretorno si es necesario. Se puede añadir una pequeña cantidad de agente espumante para prevenir las contracciones. El tipo y cantidad de agente dependen del tipo de plástico utilizado, y debe de ser determinado separadamente para cada caso particular. 36

Marcas del expulsor o de la expulsión. Las marcas de expulsión son depresiones o elevaciones en el lugar correspondiente a la posición de los expulsores visibles en la superficie de las piezas. Estas diferencias de espesor de pared pueden causar diferencias de brillo o depresiones en la superficie visible de la pieza. Las posibles causas son: Desmolde prematuro. Fuerzas muy fuertes de desmolde debidas a un mal ajuste de la máquina. Colocación incorrecta o largo inadecuado del expulsor. Mal diseño y dimensionado del molde, de la pieza o del sistema de desmolde. Grandes diferencias de temperatura entre el expulsor y la pared del molde.

Deformación por la expulsión. Según el grado en que haya sido perjudicada la pieza, hay una clasificación de las marcas de expulsión, roturas, zonas de excesiva tensión y expulsores profundamente hundidos Son criticas las piezas con contrasalidas, que hayan de ser desmoldadas sin piezas móviles (por ejemplo, correderas).

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Deformación o alabeo (warpage). Las causas físicas de las deformaciones pueden clasificarse de la siguiente forma: Las fuerzas necesarias para el desmolde no pueden aplicarse sin dañar la pieza. El movimiento de desmolde es obstaculizado en algún punto. El total de la fuerza de desmolde aplicada es algo crucial y debe, por tanto, mantenerse baja. Además de otros factores, la contracción de la pieza ejerce un impacto directo sobre las fuerzas de desmolde. Cambiando los parámetros de proceso, puede influirse considerablemente sobre las fuerzas de desmolde y la contracción. Sin embargo, debe tenerse en consideración que la geometría de la pieza moldeada es un factor muy importante a la hora de producirse deformaciones debidas a las fuerzas que se producen en el desmolde.

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En general, es conveniente que se produzca una baja contracción en las piezas de tipo cilíndrico o en forma de caja, ya que dichas piezas tienden a contraerse contra su núcleo (aumente la presión de mantenimiento o aumente el tiempo de enfriamiento). En la proximidad a los nervios la contracción actúa de modo que aumenta la fuerza de desmolde por causa de que los nervios han de ser separados de las paredes del molde (disminuya la presión de mantenimiento o aumente el tiempo de enfriamiento). Material frío. El fluido frío que sale por la boquilla (también en colada caliente) y que va a parar al interior del molde, puede originar marcas parecidas a las ráfagas del tipo de cola de cometa. Estas pueden aparecer cerca de la entrada o bien esparcirse por toda la pieza.

Cuando se fuerza el recorrido, el material frió también puede ser la causa de las líneas de soldadura visibles debido a que obligan la masa a dividirse Líneas de flujo frías. La línea de soldadura en las piezas de plástico representa, en la mayor parte de los casos, un defecto óptico y un debilitamiento mecánico Puede aparecer una muesca y/o cambio de color. Las muescas son particularmente visibles en piezas negras o

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transparentes, de superficies lisas o muy pulidas. Los cambios de color son visibles principalmente en piezas con pigmentos de efecto metálico.

Aire atrapado, huecos y burbujas. Con sólo modificar ciertos parámetros de proceso de inyección no se evita la formación de huecos. Es más efectivo tener en cuenta ciertas propiedades especificas referentes al material plástico al empezar el diseño tanto de la pieza como del molde.

• Aumentar la temperatura de fusión. • Aumentar la temperatura de la pared de la cavidad. • Aumentar la velocidad de avance del tomillo. • Aumentar la presión de mantenimiento. 40

• Aumentar el tiempo de sostenimiento • Revisar la válvula antirretorno si es necesario. Manchas negras. Aparecen unas manchas negras en la superficie de la pieza debidas a degradación térmica del material o a suciedad o desgaste. Hay distintos factores que pueden ocasionar la formación de manchas oscuras o de piezas moteadas Hay diferentes causas, algunas por proceso, el material o con la máquina, aquí mencionamos las más comunes. Causas relacionadas con el proceso: Temperatura de fusión demasiado alta Tiempo de residencia en la unidad de plastificado demasiado alto. Perfil de temperatura equivocado. Fallos en la colada caliente

Gránulos de materia prima no fundida Aparecen en zonas débiles de la estructura de la pieza acabada, y son el origen de las grietas. La siguiente foto muestra los infundidos en una microtomía, sacada del fondo de un cubo de agua.

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Este defecto se produce por una falta de temperatura en el cilindro durante el proceso de plastificación Por tanto, el defecto proviene de unos parámetros incorrectos de la máquina de inyectar. Los más típicos son: Insuficiente presión de retorno. Insuficiente velocidad del tornillo. Insuficiente temperatura del cilindro.

Compactación excesiva. Después de la fase de llenado del molde, estando todavía la mazarota y la entrada a la cavidad en estado fundido, se pasa a la presión de mantenimiento, que es más baja que la de inyección. La función de esta presión de mantenimiento es la de aportar material por la parte más interna de la pieza, para suplir con ello la reducción de espesor debida a la contracción por enfriamiento. La presión de mantenimiento es efectiva hasta que se colapsa la entrada a la cavidad por enfriamiento. A partir de este momento no se podrá añadir más material. El enfriamiento de la entrada de la cavidad es función de: La temperatura del material. 42

La temperatura del molde. El tiempo de duración de la presión. Si se retira la presión antes de tiempo, la pieza no quedará compactada, tendrá menos peso del que cabría esperar. Si se retira la presión de mantenimiento en el momento adecuado, la pieza tendrá el peso correcto. Si se logra mantener la entrada del material caliente, y la presión durante más tiempo, el material, una vez enfriado, ejercerá tanta presión perpendicular a las paredes del molde que, según sea su geometría, si esta presión se efectúa en sentido perpendicular al eje principal de la máquina podrá llegar a impedir incluso la apertura del molde, y además, dependiendo de la salida que tenga el molde y el texturizado de la pared de la figura podrá producir ralladuras inaceptables. Aún en el supuesto de que la máquina pueda abrir el molde, la pieza resultará de mayor peso del que estaba calculado con el consiguiente perjuicio económico.

5. BIBLIOGRAFÍA: https://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2011/06/inyeccion-demateriales-plasticos-ii.html

https://es.wikipedia.org/wiki/Moldeo_por_inyecci%C3%B3n

http://iq.ua.es/TPO/Tema5.pdf

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