Diapositivas - U4 - Plásticos

5/7/2018 Diapositivas - U4 - Plásticos - slidepdf.com

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Tecnología I –

DI -

FAUDI

Plásticos

1.

Polímeros: termoplásticos, termorrígidos,

elastómeros, espumas, aditivos

2.

Extrusión

3.

Inyección

4.

Soplado

5. Rotomoldeado6.

Termoformado

7.

Compresión, Transferencia, RIM

8.

Colado, Calandrado, Plastificado



Polímeros

Tamaño decadena

Material Usos

C1 -C4 Gases Varios usos

C5 -C12 Líquidos livianos:aeronaftas, naftas

Motores a explosióninterna

C15-C20Líquidos pesados:

Fuel oil; Kerosene

Motores a explosión

internaC20+ Aceites líquidos Lubricantes livianos ypesados

C50+ Grasas sólidas Lubricantes sólidos

C100+ Ceras; Parafinas Modelos, velas,antideslizantes

C1000+ Polímeros Varios usos

C→∞

(C puro) Grafito; Diamante Varios usos



PolímerosVentajas

Baja densidad ≈

1gr/cm3

Fácil procesabilidadBajo costo y alta disponibilidadExcelentes relaciones costo / beneficio

Desventajas

Bajas propiedades mecánicasBaja confiabilidad

Sensibles a la temperatura, el oxígeno y la luz

Mas de 15.000 materiales,

en plena evolución



Polímeros

Campos de aplicación

Materias primas utilizadas



Evolución consumo en Argentina en Kg/habitante

Polímeros - Estadísticas



• Termoplásticos: enlaces débiles entre cadenas

• Termorrígidos: enlaces fuertes entre cadenas

•

Elastómeros

Polímeros

Tg: T glass, vitrificado, sólido

Tm: T melt, fundido, viscoso

MFI: Melt Flow IndexTd: T destrucción



TermoplásticosPOLIETILENO –

PE: de alta y baja densidad,

es incoloro, inodoro, no toxico, resistente a

golpes y productos químicos.POLIPROPILENO -

PP:

muy duro y resistente. Opaco y resistente

al calor (Tg ≈150 ºC). Resistente a impacto. Se puede doblarmuy fácilmente, resistiendo múltiples doblados -

bisagras. Alta

resistencia a productos corrosivos.POLIESTIRENO -

PS:

frágil pero de buena resistencia mecánica.

Fácilmente coloreable.

POLICLORURO DE VINILO - PVC: es el más versátil ya queadmite todo tipo de aditivos. Estable, larga vida útil, resistente,desde totalmente rígido a totalmente plástico.ACRÍLICOS -

PMMA:

buen comportamiento mecánico, fácilmente

pulible. Totalmente traslúcidos, sustituye vidrios.POLIAMIDAS –

PA -

NYLON: rígida y fibras. De alta dureza, en

forma rígida: piezas de maquinaria y electrodomésticos, ruedas,utensillos, etc. En forma de fibra, para generar todo tipo degéneros textiles.



Termoplásticos

Variación del módulo deelasticidad vs Temperatura

Tensión vs deformación

Poliamida –

Nylon 6.6



Termoplásticos

Polímero Contracción [%] Tg [ºC] Tm

[ºC] U$D/kg

ABS 0,4 –

0,8 88/125 - 2,40

Acetato 0,1 –

2,3 -85 181 3,70PMMA –

Acrílico 0,2 –

0,7 90/105 -

PA -

Nylon 6,6 1,4 –

1,6 50 265 4,40

PC 0,6 145 230 4,20LDPE 4,0 –

4,5 -120 115 0,80

HDPE 4,3 –

4,7 -120 137 2,20

PP 1,3 – 1,6 -16 168/176 1,00PS 0,4 –

0,7 85/125 240 0,60

PVCp 1,0 –

4,5 87 175/212 2,50



Termorrígidos

ResinasFENOLICAS: reacción e/fenol + formaldehidoSumamente frágiles →

2º

fase refuerzo

Adhesivos, recubrimientos en placasResistentes a altas T →

presencia en electrodomésticos

EPOXIS: combinación e/grupos epóxidos + catalizador

δ ≈ 1,1 gr/cm3

, contracción baja: 1 - 5%Alta adhesividad frente a 2º

fases. Opacas y resistentes al calor

Resistente a impacto, flexible (bisagras), resistente corrosión

POLIURETANO:

espumas, recubrimientos y adhesivos

Espumas →

50 % (50 % domésticos y 50 % aisladores)

Reforzables

→ amplio uso industria automotriz

Estables, larga vida útil, resistentes, desde rígidas a plásticas

POLIESTER: polimerizan sin temperatura y a bajas presionesδ ≈

1,1 y 1,4 gr/cm3, contracción alta: 5 y 12 %

Reforzables, de alta tenacidad, buena resistencia químicaFácilmente coloreables

Semielaborados: barras y/o perfiles



EspumasPolímeros + agente espumante ⇒

↓↓↓↓

δ

Celda abierta y celda cerrada -

Flexibles y rígidos

Aislaciones (térmicas, acústicas), embalajes, refuerzosestructurales y p/disminuir la densidad del material

Formas de obtener espumas:1. Incorporación de solvente, evapora y forma la espuma

2. Disolución de gas en mezcla, y expande al bajar la presión3. Burbujeo de aire durante la solidificación4. Generación de un gas, creado a través de un aditivo5. Adición de pequeñas esferas con un agente expansor

AditivosRetardadores de llama, por seguridadAntiaglomerantes, evita formación de grumos

Reguladores de tamaño de células, PM e interconectividad



EspumasESPUMAS DE POLIESTIRENOExtrusión de PS + agente expansivo

→ Semiterminado, en placas (rígido) o rollos (flexible)→

Terminadas, directamente con la forma final

PS Exp. –

Telgopor

→ ↑ agente expansivo ⇒ ↓ δ

Perlas pequeño tamaño y fluidez, expande si ↑

T

↓↓↓↓ δ : < 0,1 gr/cm3Pre-expansión (por calentamiento)Expansión final (por vapor, entre 110-135°C)

ESPUMAS DE RESINA UREA/ FORMALDEHIDOInsufla aire a medida que cura la resinaδ

entre 0,01 y 0,024 gr/cm3, aislación térmica

No tóxicas y no combustibles, no admiten mas de 55°C

ESPUMAS EPOXIRígidas, en placa o 'in situ'Paneles, sandwich, p/impacto y sistemas de flotación

Adherencia a films de PE, a hormigón, a fibras textiles



EspumasESPUMAS DE SILICONASAlto costo, excelente estabilidad térmica desde –70 hasta 200°C

Buenas propiedades a la resistencia eléctricaUsos biomédicos –

Protesis -

Fisiológicamente inertes

ESPUMAS VINILICAS – ESPUMAS DE PVC

Rígidas o flexibles, ↑↑↑↑ plastificante ⇒ neopreneCalandrado sobre sustratoAislantes térmicos en suelas (industria textil y calzado)PVC colaminados para revestir suelos

Flotadores de baja densidad para usos marítimosIndustria aeroespacial, sandwich entre placas de Al

ESPUMAS DE POLIURETANORígidas o flexibles, ↓↓

δ

y alta relación Peso/Resistencia

Estructura celular uniforme, texturas suaves al tactoAlta tenacidad y elasticidad bajo cargas dinámicas

Materia prima almohadones y colchones

Grandes planchas o inyectados directamenteGran durabilidad, no toman olores, no provocan alergias



Espumas

e

[mm]

δ

[gr/cm3]

Rollos

[m]

Láminas

[mm]

3 60 1 x 15 2000 x 1000

6 60 1 x 15 2000 x 1000

9 60 1 x 10 2000 x 100013 60 1 x 8 2000 x 1000

19 65 1 x 6 2000 x 1000

25 65 1 x 4 2000 x 1000

32 65 1 x 3 2000 x 1000

Filtros de aire

Alfombras

Aplicación aislantesUsos náuticos



Espumas

Suelos

Bolsos / Valijas



Espumas

Transición de celda

cerrada a celda abierta

Celda cerrada

Baja δ, e pared delgado

Espumas con memoria de forma



ElastómerosELASTOMEROS

Polímeros que admiten grandes deformaciones elásticasLatex

→

Sudeste Asiático.

Savia, aspecto lechoso, suspensión pequeñas partículas gomaCoagulado y comprimido para remover el agua

Gomas naturales: 25% del mercado total de los elastómerosVulcanizado →

enlaces covalentes, ↓

movimientos →

↑

PM

1839, Goodyear, vulcanizado de gomas naturalesRellenos, plastificantes y antioxidantes

Rellenos, negro de humo, ↓ costo e ↑ PM tracciónResistencia

[Mpa]Deformación

[%]Densidad[gr/cm3]

T admisible[°C]

Goma natural 17 – 24 750 - 850 0.93 -50 a 82

Butadieno-estireno 1.4 – 24 400 - 600 0.94 -50 a 82

Butadieno-nitrilo 3 – 6 450 – 500 1 -50 a 120

Neoprene 20 – 30 800 – 900 1.25 -30 a 115

Siliconas 3 – 8 100 – 500 1.1 - 1.6 -115 a 315



Mezclas

Buena combinación →

efecto sinérgico deseable

Mala combinación →

efecto sinérgico indeseable



Mezcladoras

Mezcladora de bolas y/o de tambor

Mezcladora Cono Doble

Mezcladora V



Mezcladoras

Mezcladora de cinta

Mezcladora Bunbury



AditivosPLASTIFICANTES

↓↓ rigidez ⇒ ↑↑ flexibilidadPVC rígido (ej.: piezas estructurales)PVC flexible (ej.: cables conductores)

Acción ‘lubricante’, ↓↓ viscosidad sobre Tf

LUBRICANTES

Típico de procesamiento↓↓

viscosidad sobre Tf

ESTABILIZADORES TERMICOS

Mantienen pmActúan en procesamiento y/o servicio

ANTIOXIDANTES

O ⇒ reduce cadenas ⇒ ↓↓ pmPérdida de color, detranslucidés

Envejecimiento ⇒

resquebrajamiento

ABSORVEDORES RAYOS UV Y ESTABILIZADORES DE LUZ

Polímeros al exterior: PE, PP, PS, PVC y PET

Rayos UV y luz ⇒ degradación química, oxidación/ photoxidaciónAbsorvedores

rayos UV (AU, minimizando los efectos)

Establizadores de luz (LS, controlando la degradación)



AditivosRELLENOS

Carga, “NO” refuerzos↓↓

costo de la aleación

Por forma: partículas (P), fibras cortas (F)discos/placas (D), fibras largas o cintas

CaCO3↓ costo, natural

↓ de 1μm

inyección, favorece desmoldado

Caolín

Arcillaplacas de 1 a 10 μm

TalcoSilicato de magnesio hidrolizado

↓↓↓

efecto abrasivoMicroesferas de vidrio

∅

1 μm

a 1000 μm

↑↑

term. superf., ↑↑

costo, ↑↑

δv= 3 gr/cm3

Microesferas de vidrio huecas↓↓↓

δvh= 0,15 gr/cm3

Negro de humo

Carga y refuerzo en elastómerospigmento (negro) y protector de rayos UV

Sílice↓

costo, ↑↑

abrasión

ventaja/desventaja



AditivosCOLORANTES

Propiedades →

permanencia; brillantez; transparencia,

translucidez u opacidad; dispersión; migración; toxicidad;resistencia química y térmica; resistencia a rayos UV del colorante

Pigmentos

→

sólidos, ≈

0,01 a 1 μm, insolubles

Finamente dispersos y distribuidosCantidades no mayores al 1%Polvos o encapsulados, en tolvas + pelletsInorgánicos base C, ennegrecedores, protectores rayos UV, rellenoInorgánicos base metal, TiO2

blanqueador; O

de Fe-Ti-Cr color

Tinturas

→ ↑↑ solubilidad ⇒

dispersión a nivel molecular

Líquidas, diluidas en solvente →

favorecen mezcla

P/translúcidos →

acrílico, acetatos y celofanes

Fluorescencia (típicos tonos fuertes)Fosforescencia (capacidad de almacenar luz)Perlitizantes

(perlas en un polímero translúcido)

Efectos de metalizado



AditivosRETARDADORES DE LLAMA

Retardadores de llama (FR, flame retardants)Reducidores de humo (SS, smoke

suppressant)

Aplicaciones eléctricas, vehículos de transporte público, espumasBase mineral o de base orgánica

Alúmina trihidratada ⇒ ↑ temperatura ⇒ libera H2O

ANTIMICROBIALES

C ⇒ bacteria, hongos, musgos, algasBioestabilizadores, fungicidas, preservativos

ODORIZANTES

Odorizantes

o fragancias ⇒

olores específicos

Gomas de borrar, suelas de zapatillasControlan y/o enmascarar olores ⇒

desodorizantes

Importante rol como antimicrobial



AditivosMODIFICADORES SUPERFICIALES

1° → interfase polímero fundido/metal calienteMatrices de extrusión; Cilindros de calandrado ‘lubricantes externos’

→ ↓↓ efecto de pegoteado

Importantes en la industria del PVC

2° caso → interfase polímero sólido/metalMatrices p/inyección, p/termoformado, p/rotomoldeadoReacción superficial ↑

desmoldado

3°

caso →

interfase polímero sólido/polímero sólido

Enrollado bobina film de PE, apilado de placasBarrera que no favorezca efecto de pegado4°

caso →

polímero sólido / estática

Aditivo ⇒ ↓ polarización de cargas estáticas

Fricción entre polímero y herramental metálico5°

caso →

polímero sólido / líquido

Ej. Lentes →

PC translúcidos

Líquido ‘moja’

toda la superficie

Líquido forma grandes gotas → ↑ % de superficie seca



Extrusión - Conceptos

Dado



Extrusión - Tornillos

1. Evita degradación “Dado” 2. Mantiene P constante

3. Elimina memoria polímero

Filtro



Extrusión placas y láminas



ExtrusiónExtrusión de mezclasTermoplásticos

+Polvos de madera



Extrusión



Extrusión P recisa

Calibrado ∅ exterior

Calibrado ∅

interior



Extrusión Extra Finos



Extrusión Extra Finos

L Die

∅ Die

70mm

Ø120mm

120mm

Ø300mm

250mm

Ø500mm

Kg/h 20-35 Kg 50-90 Kg 100-170 Kg

P ME 15 HP 40 HP 75 HP

P Q 10 Kw 40 Kw 70 Kw

V rot.

Tornillo

20 rpm

70 rpm

20 rpm

70 rpm

20 rpm

70 rpm

AlturaTorre 3 m 6 m 9 m

Ancho

Film

150 mm

500 mm300 mm 1000 mm

e Film 2-80 µ 2-80 µ 2-80 µ

P ME bob AC 1 HP AC 2 HP AC 5 HP

Zonas

Q4 7 10

Peso 2,5 Tn 4 Tn 6 Tn

Dimens. 4x2,5x17,5 5x5x2 8x9x3



Extrusión Cables



Inyección



Inyección

Capacidad [g] F cierre [Tn]30 10120 125350 250800 3751500 6508500 2500



Inyectoras

Diámetro Tornillo [mm] 60 65 70

Volumen a inyectar [cm3] 749 879 1020

Tasa de inyección [g/s] 244 286 332Fuerza cierre molde [Tn] 320

Dimensiones [m] 6,31 x 1,78 x 2,23



Inyectoras

Diámetro Tornillo [mm] 100 108 115

Volumen a inyectar [cm3] 3846 4490 5090

Tasa de inyección [g/s] 725 800 852Fuerza cierre molde [Tn] 880

Dimensiones [m] 10,2 x 2,56 x 2,99



Inyectoras - MFI

Melt

Flow

Index –

MFI

Indice

de colabilidad

[gr/30s]

N [kg] y T [ºC] constantes

↑

MFI ⇒ ↑ colabilidad



Inyección - Moldes



Inyección - Moldes

Placa fijaPlaca móvil intermedia

Placa móvil portaeyectores



Inyección - Moldes



Inyección – Moldes de picos calientes

Ausencia de canales alimentadores

Ausencia de pérdidas de temperatura

Transversalidad cavidad de moldeo (ausencia jetting)



Inyección – Líneas de soldadura, WL

Picos múltiples →

diversos frentes (piezas de gran tamaño)

Presencia de insertos que dividen frentes

Flujos turbulentosModificación parámetros de inyección, de laminar a turbulento

ó



Inyección

Insertos Metálicos

ó



Extrusión + Soplado

Botellas desde 500cm3

Matricería de bajo costo

Facilidad para conformar manijas

Facilidad para geometrías irregulares

ó



Extrusión + Soplado

ió S l d



Inyección + Soplado

Inyección “Preforma”

“Preforma” soplada

I ió S l d



Inyección + Soplado

Botellas desde 500 cm3

hasta 3000 cm3

Cierre hermético, bebidas carbonatadas

Bajas tolerancias

Nulas operaciones de terminaciónMateriales rígidos: PET, PC

Reciclado PET

R t ld



RotomoldeoRazones para rotomoldear

- Piezas huecas sin presencia de costuras- Herramental de bajo costo- Libertad en diseño desde 25 a 25.000 piezas

- ∅: desde 25 mm hasta 4 m- Espesores pared 7,5 y 30 mm- Posibilidad de doble pared- Presencia de insertos metálicos

- Posibilidad de distintas texturas

Rotomoldeo



Materiales a rotomoldearPE, LLDPE, HDPE

Goma EVAPP, PC, Plastisoles

vinílicos

Nylon

TexturasLustroso, Mate, Satinado, Arenado

Moldes

Al fundido, hojas de metal ferroso,Aceros al C, aceros inoxidablesBase Cu para enfriamientos especiales

Rotomoldeo

R t ld



Rotomoldeo

V rotación < 60 rpm

1.

Carga polvos

con el peso exacto

2. Rotación + ↑↑↑ Qentre 7’

y 15’

3. Rotación + ↓↓↓ Q

4. Desmoldado

Complejo p/ piezasde gran tamaño

R t ld



Rotomoldeo

Equipos

Giro y vaivén (Rock and Roll): piezas de gran tamaño

De horno tipo caja: todo tipo de pelotas, juguetes y autopartes

De tipo cofre: bajo costo pero ciclo mas largo

RotomoldeoMateriales



Rotomoldeo

Forma y diseño

Evitar secciones largas y

planas, tendencia apandeo

Buen control e de pared

Variaciones < 10% de e

Principales factores:Q y v rotación

Materiales

Termoplásticos con capacidad para ser molidoGranulometría: 16 a 50 MeshMezcla de tamaños → ↑↑ inhomogeneidad

en la fusión

Fluidez y facilidad de fusión

Agregados de espumado↑↑

rigidez y resistencia al impacto

Aislante térmico, ruido y vibraciones

Aditivos

Antioxidantes, ↓↓↓

degradación

por calentamiento, variando PMdesde 10 veces hasta 20 %.

Estabilizadores de rayos UV

PigmentosCargas

Termoformado



T calentamiento láminas > TgEspesor láminas: 0,3 / 3 mmSuperficies de hasta 4m2

Presiones desde 5 bar en adelanteTiempo ciclo típico < 60 s

Termoformado

Termoformado



Termoformado

Vacío Hembra

Vacío Macho

Termoformado



Termoformado

Vacío + Aire Macho

Vacío + Aire Hembra

Termoformado



Termoformado

Termoformado mecánico

Termoformado



Termoformado

Termoformado



Termoformado

Blisters: Films de PVC

”sobre producto”

Termorrígidos - Procesamiento




Termorrígidos - Compresión




1º. Mezcla y precalentamiento

+

2º. Moldeo por compresión

Ventaja

No hay alimentadores,muy poca pérdida material

Bajas presiones aplicación

Posibilidad grandes áreas,mayores a 1m2

Industria automotriz




Termorrígidos Compresión

Detalles de moldePresencia de canales

de calentamiento

PRECAUCION

T preforma

+

T molde

+

T exotérmica

Siempre menor a Td

!!!

degradación eje térmico

Termorrígidos - Transferencia



Termorrígidos Transferencia

Descenso de la viscosidad ⇒

disminuye fuerza inyección

Termorrígidos - RIM



Termorrígidos RIM

Parte A Parte B

Mezcla

Llenado

Curado

Desmoldado

Terminación

Post-curado

Pintado

Termorrígidos - RIM



Termorrígidos RIM

Pieza S= 1 m2 RIM TIM

T reactantes [ºC] 40 200

T molde [ºC] 70 25Viscosidad [Pa.s] 0,1-1 102-105

P inyección [bar] 100 1000

F cierre molde [T] 50 5000

Ventajas

Baja viscosidad, Formas complejasMúltiples entradas, Bajo costoAutomatización total

DesventajasMuy alta velocidad de reacciónLimpieza de toberas dosificadoras

Calandrado



Calandrado

Films de 150 a 900 μm

Calandrado



Calandrado

Costos - Comparación



Compresión

Casting

CalandradoExtrusión de films

Inyección termoplásticos TIM

Extrusión cablesExtrusión + SopladoInyección espumadosEstampado por fundidos

Extrusión perfiles

RotomoldeoExtrusión planosTermoformadoTransferenciaInyección termorrígidos RIMInyección + Soplado

Costos Comparación

Alto

Muy bajo

Bajo

Medio

Distribución % de equiposen Argentina

Diapositivas - U4 - Plásticos

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