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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Materiales

TÍTULO: “MOLDEO POR COLADA”. Integrantes: -

PÉREZ MENDEZ, Richar. PULIDO CHÁVEZ, Luis Anthony. ROBLES RODRÍGUEZ, Arquímedes Alexander. RODRÍGUEZ SANDOVAL, Ernesto. SAAVEDRA GÁRATE, Claudia Gabriela.

Curso

: Procesamiento de Polímeros

Docente

: Ing. CHÁVEZ NOVOA, Danny Mesías.

Trujillo – Perú Junio – 2016

MOLDEO POR COLADA 1. INTRODUCCIÓN La tecnología de la transformación o procesado de polímeros tiene como finalidad obtener objetos y piezas de formas predeterminadas y estables, cuyo comportamiento sea adecuado a las aplicaciones a las que están destinados. Una de las características más destacadas de los materiales plásticos es la gran facilidad y economía con la que pueden ser procesados a partir de unas materias primas convenientemente preparadas, a las que se les han añadido los pigmentos, cargas y aditivos necesarios para cada aplicación. En algunos casos pueden producirse artículos semi-acabados como planchas y barras y posteriormente obtener la forma deseada usando métodos convencionales tales como mecanizado mediante máquinas herramientas y soldadura. Sin embargo, en la mayoría de los casos el producto final, que puede ser bastante complejo en su forma, se obtiene en una sola operación, con muy poco desperdicio de material, como por ejemplo la fabricación de tubería por extrusión (proceso continuo) o la fabricación de teléfonos por moldeo por inyección (ciclo repetitivo de etapas). Los polímeros termoplásticos suelen trabajarse previamente fundidos o reblandecidos por efecto simultáneo de la aplicación de calor, presión y esfuerzos de cizalla.

2. PRINCIPIOS DEL PROCESADO DE POLÍMEROS En el procesado de polímeros debe tenerse en cuenta el fenómeno de la viscosidad. Debido a su alta masa molecular, un polímero fundido es un fluido de alta viscosidad. La mayoría de los polímeros se procesan en estado fundido o líquido. El flujo viscoso se caracteriza por el coeficiente de viscosidad. Se define la viscosidad como la relación entre la fuerza cortante por unidad de área y el gradiente de velocidad, como se observa en la figura de más abajo. Se representa mediante la fórmula:

τ =μ .

dγ dη



τ



dγ dη

es el esfuerzo por unidad de área o esfuerzo de cizalla (F/A);

es el gradiente de velocidades, también llamado velocidad de deformación o

velocidad de cizalla.

La viscosidad de un fluido Newtoniano se suele representar con la letra griega μ, pero para fluidos no Newtonianos la viscosidad aparente se suele representar entonces con la letra griega η. La unidad de medida de viscosidad en el sistema internacional es el Pa•s, aunque el Poise, la unidad de medida del sistema cegesimal (CGS), está más ampliamente difundida. La relación entre ambas es: 1P = 01.Pa * s Viscosidad (μ):

F dδX τ = =μ . A dI Se pueden distinguir distintos tipos de comportamiento:



Comportamiento newtoniano: Por fluido newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valor de viscosidad, a una presión y temperatura dadas, es único para cualquier velocidad de cizalla, siendo independiente del tiempo de aplicación de la cizalla. Si el polímero fundido tiene un comportamiento newtoniano:

τ 

=μ *Ẏ

Comportamiento no-newtoniano: 1. Comportamiento dilatante (shear thickening): Lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada su viscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada, causado por reorganizaciones en su microestructura. Los fluidos que siguen este comportamiento son poco numerosos, podríamos citar suspensiones de almidón en agua, y ciertas suspensiones de PVC. 2. Comportamiento pseudoplástico (shear thinning): Son materiales que ven reducida su viscosidad al aumentar la velocidad de deformación. Muchos materiales muestran este tipo de comportamiento en mayor o menor grado y es el comportamiento más común. Quizá, por ser el comportamiento más común, y encontrarse en gran cantidad de sustancias de aplicación industrial ha sido ampliamente estudiado. Disoluciones de polímeros y polímeros fundidos muestran este tipo de comportamiento. Si el polímero fundido tiene un comportamiento pseudoplástico:

τ

=� * (Ẏ)n

En la siguiente tabla, se muestra un rango de viscosidades para diversos materiales a temperatura ambiente y presión atmosférica.

Liquido

Viscosidad aproximada (Pa * s)

Vidrio fundido (500 °C)

1012

Bitumen

108

Polímeros fundidos

103

Jarabes

102

Miel liquida

101

Glicerol

10-1

Aceite de oliva

10-2

Agua

10-3

Aire

10-5

Otro de los factores que influye a la viscosidad es la temperatura. Por encima de la temperatura de transición vitrea (Tg), la viscosidad sigue una ley de tipo Arrhenius. El coeficiente de viscosidad, a su vez, es dependiente de la temperatura, según la siguiente relación: Donde �0 es la viscosidad absoluta, es la energía de activación y T es la temperatura [K]. El comportamiento viscoelástico, que muchos polímeros exhiben en estado sólido, también lo muestran en estado líquido. Un ejemplo es la dilatación en la matriz de extrusión. El material extruido "recuerda" su forma antes de pasar por el orificio. Por otro lado, para el conformado de polímeros también hay que tener en cuenta el comportamiento viscoelástico, que muchos polímeros exhiben en estado sólido, pero que también lo muestran en estado líquido. Un ejemplo es la dilatación en la matriz de extrusión. El material extruido “recuerda” su forma antes de pasar por el orificio. [[Razón de dilatación a la salida de la matriz debida a la viscoelasticidad:

rs = Dx / Dd rs = Razón de dilatación. Dx = Diámetro de la sección extruida. Dd = Diámetro del orificio de la matriz.]] 3. PROCESADOS DE POLÍMEROS

Los polímeros pueden ser procesados por una variedad de procesos. Algunos de los màs importantes son los siguientes. 3.1. COLADO O MOLDEO DE POLÍMEROS El colado de polímeros es el vertido de un material polimérico en un molde para que se endurezca. Una característica general es que ninguna de estas técnicas requiere presión. Los métodos más usuales son el colado simple, el colado de películas, el colado de plástico fundido y el colado por rotación.

3.1.1. COLADO SIMPLE En la colada simple, se vierten resinas líquidas o plásticos fundidos en moldes y se dejan polimerizar o enfriar. Hoy en día, las resinas de colada más importantes son poliéster, epoxi, acrílica, poliestireno, siliconas, epóxidos, etil celulosa, acetato butirato de celulosa y poliuretanos. Probablemente, la más conocida sea la resina de poliéster ya que se utiliza profusamente en artesanía y bricolaje. Los moldes pueden estar hechos de madera, metal, yeso determinados plásticos, terminados elastómeros o vidrio. 3.1.1.1. PRODUCTOS Entre los ejemplos de productos obtenidos por colada simple se incluyen: bisutería, bolas de billar, láminas coladas para ventanas, piezas de muebles, cristales de relojes, gafas de sol, mangos para herramientas, servicios de mesa, pomos, encimeras, lavabos y botones de fantasía. 3.1.1.2. TIPOS ESPECIALES DE COLADA SIMPLE Además de la colada simple, con comunes otras tres formas especiales de colada: inclusión, relleno y encapsulado. También las espumas pueden someterse a colada. 

Inclusión. Consiste en recubrir un objeto completamente con plástico transparente. Finalizada la polimerización, se saca la colada del molde y, generalmente, se pule.

Este tipo de tratamiento sirve para conservar, exponer o estudiar un objeto. En biología, es frecuente la inclusión de especímenes de animales y plantas para preservarlos poderlos manipular sin que se deterioren las frágiles muestras. 

Rellenado. Se aplica para proteger componentes eléctricos y electrónicos de un entorno agresivo. En el proceso de rellenado se cubre completamente el componente deseado con plástico y el molde se convierte en parte del producto. Frecuentemente se aplica vacío, presión o fuerza centrífuga para asegurar que se rellenen todas las oquedades con la resina.



Encapsulado. Es similar al rellenado y consiste en un recubrimiento, sin disolventes, de componentes eléctricos. Esta envoltura de plástico no rellena todas las oquedades. El proceso implica la inmersión del objeto en la resina colada. Muchos componentes se encapsulan después dl rellenado.

3.1.2. COLADO POR PELÍCULAS Esta técnica consiste en disolver un granulado o polvo plástico, junto con plastificantes, colorantes y otros aditivos, en un disolvente adecuado. A continuación se vierte la solución de plástico con disolvente en una cinta de acero inoxidable. Se evaporan los disolventes por aplicación de calor y se deja el depósito de película en la cinta móvil. Se desprende o separa la película y se enrosca en un cilindro estirador. Esta película se puede colar como recubrimiento o estratificando directamente sobre tela, papel u otros sustratos. Para que resulte económicamente factible, la colada con disolvente de película debe contar con un sistema de recuperación de disolvente. Entre los plásticos que se pueden colar con disolventes se incluyen el acetato de celulosa, butirato de celulosa, propionato de celulosa, polimetacrilato de metilo, policarbonato, polialcohol vinílico y otros copolímeros. Asimismo, es posible la colada de látex plástico líquido sobre superficies revestidas de teflón, en ligar de acero inoxidable, para producir películas especiales. Las dispersiones acuosas de politetrafluoroetileno y polifluoruro de vinilo se funden en cintas calentadas a temperaturas que están por debajo de sus puntos de fusión. Este método permite obtener películas y láminas de materiales que son difíciles de procesar por otros medios. Estas películas se utilizan como recubrimientos no adherentes, materiales de junta elástica y componentes de sellado para tuberías y juntas Las películas, incluidas las película fotográfica y el celofán, se fabrican haciendo fluir una disolución del polímero sobre una superficie extremadamente lisa, en forma de una gran rueda pulida,u ocasionalmente, de una cinta o banda metálica. Una vez se ha evaporado el disolvente se separa la película de la superficie de colado. 3.1.2.1. PRODUCTOS 

Envases hidrosolubles para lejías y detergentes.



Recubrimientos no adherentes



Materiales para junta elástica



Componentes de sellado para tuberías y juntas.

3.1.2.2. VENTAJAS La colada con disolvente de películas ofrece tres ventajas con respecto a otros procesos de fundido en caliente: 

No se necesitan aditivos termoestabilizadores ni lubricantes.



Las películas tienen un grosor uniforme y son óptimamente transparentes.



No se produce orientación ni deformación.

3.1.2.3. PLÁSTICOS EMPLEADOS Acetato de celulosa, butirato de celulosa, propionato de celulosa, etil celulosa, polialcohol vinílico, PVE, PMMA, PC, Látex plástico líquido sobre superficies revestidas de teflón, PTFE, polifluoruro de vinilo.

3.1.3. COLADO DE PLÁSTICO FUNDIDO Algunos termoplásticos, como los naylons y los acrílicos, y algunos plásticos termoestables, como los epóxicos, fenólicos, poliuretanos o poliéster, se pueden colar en moldes rígidos o flexibles, con una diversidad de formas. Otros materiales que se emplean en esta técnica son el etil celulosa, el acetato butirato de celulosa, la poliamida, el metacrilato de butilo, el polietileno. Entre las partes que se suelen fabricar así están engranajes, cojinetes, ruedas, láminas gruesas y componentes que necesiten tener resistencia al desgaste por abrasión. Así como también adhesivos y recubrimientos desprendibles. Otra aplicación de este procedimiento está en las resinas fundidas que se emplean para moldes sobre los que colar otros materiales. 

En el colado convencional de los termoplásticos, se vierte una mezcla de monómero, catalizador y diversos aditivos, después de calentarla. La parte se forma después de que se efectúa la polimerización a presión atmosférica. Se pueden producir formas intrincadas con moldes flexibles, que después se desprenden. Puede ser necesaria una desgasificación para conservar la integridad del producto.



Vaciado o fundición centrífugo. Este proceso es también usado con plásticos, incluyendo los plásticos reforzados con fibras cortas. Los polímeros termoestables son fundidos en forma similar; las piezas típicas producidas son similares a las que son hechas con fundición de polímeros termoplásticos.



Sembrado y encapsulado. Una variación del colado, importante en la industria eléctrica y electrónica, es el sembrado y encapsulado. Este proceso consiste en colar el plástico en torno de un componente eléctrico, para embeberlo en el plástico.

El sembrado se hace en una caja, que es parte integral del producto. En el encapsulado, el componente se recubre con una capa del plástico solidificado. En ambas aplicaciones el plástico sirve como dieléctrico (no conductor). Se pueden encapsular en forma parcial miembros estructurales, como ganchos y pernos.

3.1.4. COLADO POR ROTACIÓN Se emplea la rotación de un molde para distribuir uniformemente el material de colado en sus paredes interiores. Materiales: resinas de polímeros, plásticos en polvo, dispersiones. Tipos: 

Colada por centrifugación: el molde gira solamente en un eje.



Colada rotacional: el molde se desplaza sobre dos ejes de rotación.

3.1.5. COLADA POR CENTRIFUGACIÓN Las principales características del moldeo centrífugo (centrifugal casting) son: 

Productos con geometría de revolución.



Adherencia de la masa a la pared del molde por fuerza centrífuga: velocidad de giro elevada.



Aplicación principal: poliéster reforzado con fibras cortas de vidrio (BMC) para tuberías, postes…



Con resinas duroplásticas: curado en el propio molde calefactado + completado en estufas.

Productos que se suelen obtener: formas cilíndricas como tuberías y conductos.

3.1.6. COLADA ROTACIONAL El Moldeo Rotacional o Rotomoldeo es el proceso de transformación del plástico empleado para producir piezas huecas, en el que plástico en polvo o liquido se vierte dentro de un molde mientras gira en dos ejes biaxiales. El plástico se va fundiendo mientras se distribuye y adhiere en toda la superficie interna. Finalmente el molde se enfría para permitir la extracción de la pieza terminada. En los últimos años, el Rotomoldeo ha llamado fuertemente la atención de la comunidad industrial debido a las cualidades que presenta. Este proceso se va sofisticando día a día de manera que actualmente es considerado entre los procedimientos de transformación con mayor madurez tecnológica debido a las innovaciones en equipo, materiales y técnicas de control que han sido incorporados. Este proceso ofrece gran libertad de diseño, pues es posible fabricar artículos complejos con herramentales relativamente sencillas y de bajo costo, que en ciertos casos sería imposible moldear con otro procedimiento. Además, el bajo costo de este proceso permite la experimentación con diversos materiales, distribución en el calibre de pared o con el acabado de las piezas. Debido a las bajas presiones empleadas en el Moldeo Rotacional se producen piezas con tensiones internas mínimas, presentando un buen comportamiento mecánico debido a su mayor solidez en comparación con las piezas producidas a través del Soplado o la Inyección. Los niveles productivos del Rotomoldeo pueden variar de algunas cuantas piezas, a cientos o miles de artículos, también es adecuado para la producción a baja escala con vista a la obtención de prototipos. Desde pequeñas piezas como los son partes de muñecas y pelotas, con las cuales el Rotomoldeo se posicionó en el mercado hace años, hasta artículos de alto desempeño físico o alta capacidad en volumen; el Moldeo Rotacional se presenta con varias ventajas frente a otros

procedimientos de transformación para obtener piezas huecas tridimensionales donde las juntas del molde son prácticamente invisibles. Al programar la velocidad de rotación es posible controlar el espesor de pared de diferentes zonas, que, en cualquier caso, no llegará a ser uniforme en toda la pared. El espesor puede ir de 1mm hasta el grosor que se requiera de acuerdo a las funciones de la pieza. Por último, existen bajos niveles de desperdicio ya que este proceso no requiere el uso de coladas, ni bebederos. El material excedente o no deseado es poco en comparación con otros procesos para fabricar piezas huecas. 3.1.6.1. CARACTERÍSTICAS 

Se utilizan plásticos en polvo o suspensiones que se colocan en moldes de aluminio. De otra forma no podrían ser fundidos ni moldeados ya que el calor para realizar esto se transmite al material por conducción, proceso optimizado al aumentar el área de contacto en un polvo; considerando además, que en este estado el plástico puede “fluir” para tocar todas las paredes del molde mientras vaya girando.



Se introduce el molde en el horno y se hace girar en dos planos, el material se extiende uniformemente sobre las paredes del molde caliente. El plástico se derrite y se funde al tocar la superficie del molde caliente, obteniéndose un recubrimiento compacto.



Cuando se ha derretido o fundido el material en su totalidad se introduce en la cámara de enfriado a la vez que continua girando. Los polímeros cristalinos se enfrían en aire. Los polímeros amorfos se enfrían por rociado o baño de agua.



Se extrae el producto.

3.1.6.2. MATERIALES 

Resinas de polímeros.



Plásticos en polvo.



Dispersiones.



Termoplásticos.



Dentro de estos últimos los más comunes son polietileno de alta densidad, polivinilo clorado y poliamida.

3.1.6.3. PRODUCTOS 

Completamente cerrados: pelotas, juguetes, recipientes, brazos industriales, flotadores, tanques de combustible, visores solares, etc.

 

Artículos rellenos con espuma y doble pared. Piezas huecas simétricas o asimétricas, con geometría de curvas complejas, pared uniforme, y contrasalidas.

3.1.6.4. VENTAJAS E INCONVENIENTES: -

VENTAJAS:



Gran flexibilidad en el diseño de piezas. No es un método de conformado complejo.



Bajos niveles de desperdicio.



Se pueden añadir refuerzos de fibra corta.



No es un método de conformado complejo.



El molde es más simple y menos costoso.



Los productos apenas se deforman.



El artículo obtenido está relativamente libre de tensiones residuales y de memoria viscoelástica.



El proceso se adapta a la producción de bajas cantidades.



Los costes del material son relativamente bajos.



El colado rotacional produce objetos huecos sin uniones, sin necesidad de soldadura.

-

INCONVENIENTES



l índice de producción es bajo y el tiempo del ciclo es alto.



Contracción durante la solidificación.



La precisión de las dimensiones es únicamente suficiente.



Las burbujas de humedad y el aire pueden constituir un problema.



Los disolventes y aditivos pueden ser peligrosos.

3.1.6.5. COMPARATIVA FRENTE A OTROS PROCESOS Este proceso tiene muchas ventajas sobre los procesos de transformación de plástico convencionales como lo son el Moldeo por inyección y la extrusión. Algunas de las ventajas con respecto a dichas técnicas son: 

Capacidad para realizar producciones cortas.



Fabricación de piezas grandes y huecas.



Piezas de doble pared y con varias capas

En la fabricación de ciertas piezas huecas, con geometría de curvas complejas, pared uniforme, y “contrasalidas”, el Rotomoldeo es una alternativa con menor costo frente al soplado.

Fig.1: Máquina de inyección de plástico. Por otro lado, debido a las bajas presiones empleadas en el Moldeo Rotacional se producen piezas con tensiones internas mínimas, presentando un buen comportamiento mecánico debido a su mayor solidez en comparación con las piezas producidas a través del soplado o la inyección.

Fig.2: Diseño genérico de un extrusor

3.1.6.6. MERCADOS Algunos mercados donde participan productos obtenidos por rotomoldeo son: 

Sector industrial



Sector salud



Sector agrícola



Industria metalúrgica



Industria automotriz



Bebidas y alimentos



Construcción



Higiene Industrial y ambiental



Electrónica



Farmacéutica



Textil



Juguetes



Recreación y esparcimiento



Aplicaciones Especiales