Moldeo por inyección 1

Moldeo por inyección

Máquina de inyección de plástico.

En ingeniería, el moldeo por inyección esun proceso semicontinuo que consiste eninyectar un polímero o cerámico en estadofundido (o ahulado) en un molde cerrado apresión y frío, a través de un orificiopequeño llamado compuerta. En ese moldeel material se solidifica, comenzando acristalizar en polímeros semicristalinos. Lapieza o parte final se obtiene al abrir elmolde y sacar de la cavidad la piezamoldeada.

El moldeo por inyección es una técnica muypopular para la fabricación de artículos muydiferentes. Sólo en los Estados Unidos, laindustria del plástico ha crecido a una tasade 12% anual durante los últimos 25 años, y el principal proceso de transformación de plástico es el moldeo porinyección, seguido del de extrusión. Un ejemplo de productos fabricados por esta técnica son los famosos bloquesinterconectables LEGO y juguetes Playmobil, así como una gran cantidad de componentes de automóviles,componentes para aviones y naves espaciales.

Los polímeros han logrado sustituir otros materiales como son madera, metales, fibras naturales, cerámicas y hastapiedras preciosas; el moldeo por inyección es un proceso ambientalmente más favorable comparado con lafabricación de papel, la tala de árboles o cromados. Ya que no contamina el ambiente de forma directa, no emitegases ni desechos acuosos, con bajos niveles de ruido. Sin embargo, no todos los plásticos pueden ser reciclados yalgunos susceptibles de ser reciclados son depositados en el ambiente, causando daños al medio ambiente.La popularidad de este método se explica con la versatilidad de piezas que pueden fabricarse, la rapidez defabricación, el diseño escalable desde procesos de prototipos rápidos, altos niveles de producción y bajos costos, altao baja automatización según el costo de la pieza, geometrías muy complicadas que serían imposibles por otrastécnicas, las piezas moldeadas requieren muy poco o nulo acabado pues son terminadas con la rugosidad desuperficie deseada, color y transparencia u opacidad, buena tolerancia dimensional de piezas moldeadas con o sininsertos y con diferentes colores.

Antecedentes históricosEl diseño actual de la máquina de moldeo por inyección ha sido influido por la demanda de productos con diferentescaracterísticas geométricas, con diferentes polímeros involucrados y colores. Además, su diseño se ha modificado demanera que las piezas moldeadas tengan un menor costo de producción, lo cual exige rapidez de inyección, bajastemperaturas, y un ciclo de moldeo corto y preciso.John Hyatt registró en 1872 la primera patente de una máquina de inyección, la cual consistía en un pistón quecontenía en la cámara derivados celulósicos fundidos. Sin embargo, se atribuye a la compañía alemanaCellon-Werkw el haber sido pionera de la máquina de inyección moderna. Esta firma presentó, en 1928, una patenteincluyendo la descripción de nitrocelulosa (celuloide). Debido al carácter inflamable de la nitrocelulosa, se utilizaronposteriormente otros derivados celulósicos como el etanoato de celulosa. Los británicos John Beard y PeterDelafield, debido a ciertas diferencias en la traducción de la patente alemana, desarrollaron paralelamente la mismatécnica en Inglaterra, con los derechos de patente inglesa para la compañía F.A. Hughes Ltd.

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El primer artículo de producción masiva en Inglaterra fue la pluma fuente, producida durante los años treinta por lacompañía Mentmore Manufacturing. La misma utilizaba máquinas de moldeo por inyección de Eckert & Ziegler(Alemania). Estas máquinas funcionaban originalmente con aire comprimido (aproximadamente 31 kg/cm2); elsistema de apertura de molde y la extracción de la pieza eran realizados manualmente, y los controles incluíanválvulas manuales, sin control automático ni pantallas digitales; además, carecían de sistemas de seguridad.En 1932 apareció la primera máquina para inyección operada con sistemas eléctricos, desarrollada por la compañíaEckert & Ziegler. Al mismo tiempo, otros países como Suiza e Italia empezaban a conseguir importantes avances enmaquinaria. Ya a finales de los años treinta, el polietileno y el PVC —ambos, de alta producción y bajo costo—provocaron una revolución en el desarrollo de la maquinaría, teniendo el PVC mayor éxito como material paraextrusión.En 1951 se desarrolló en Estados Unidos la primera máquina de inyección con un tornillo reciprocante (o,simplemente, husillo), aunque no fue patentada hasta 1956. Este cambio ha sido la aportación más importante en lahistoria de las máquinas inyectoras. Al finalizar la segunda guerra mundial, la industria de la inyección de plásticoexperimentó un crecimiento comercial sostenido. Sin embargo, a partir de la década de los ochenta, las mejoras sehan enfocado a la eficiencia del diseño, del flujo del polímero, el uso de sistemas de software CAD, inclusión derobots más rápidos para extracción de piezas, inyección asistida por computadora, eficacia en el control decalentamiento y mejoras en el control de la calidad del producto.

El principio del moldeoEl moldeo por inyección es una de las tecnologías de procesamiento de plástico más famosas, ya que representa unmodo relativamente simple de fabricar componentes con formas geométricas de alta complejidad. Para ello senecesita una máquina de inyección que incluya un molde. En este último, se fabrica una cavidad cuya forma esidéntica a la de la pieza que se desea obtener y para su tamaño se aplica un factor de contraccion el cual se agrega enlas medidas de la cavidad para que al enfriarse la pieza moldeada se logren las dimensiones deseadas. La cavidad sellena con plástico fundido, el cual se solidifica, manteniendo la forma moldeada.Los polímeros conservan su forma tridimensional cuando son enfriados por debajo de su Tg —y, por tanto, tambiénde su temperatura de fusión para polímeros semicristalinos. Los polímeros amorfos, cuya temperatura útil es inferiora su Tg, se encuentran en un estado termodinámico de pseudoequilibrio. En ese estado, los movimientos de rotacióny de relajación (desenredo de las cadenas) del polímero están altamente impedidos. Es por esta causa que, enausencia de esfuerzos, se retiene la forma tridimensional. Los polímeros semicristalinos poseen, además, lacaracterística de formar cristales. Estos cristales proporcionan estabilidad dimensional a la molécula, la cual tambiénes —en la región cristalina— termodinámicamente estable. La entropía de las moléculas del plástico disminuyedrásticamente debido al orden de las moléculas en los cristales.

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Maquinaria

La unidad de inyección.

Las partes más importantes de lamáquina son:

Unidad de inyección

La función principal de la unidad deinyección es la de fundir, mezclar einyectar el polímero. Para lograr esto seutilizan husillos de diferentescaracterísticas según el polímero que sedesea fundir. El estudio del proceso defusión de un polímero en la unidad deinyección debe considerar trescondiciones termodinámicas:

1. La temperatura de procesamientodel polímero.

2. La capacidad calorífica del polímeroCp [cal/g °C].

3. El calor latente de fusión, si el polímero es semicristalino.El proceso de fusión involucra un incremento en el calor del polímero, que resulta del aumento de temperatura y dela fricción entre el barril y el husillo. La fricción y esfuerzos cortantes son básicos para una fusión eficiente, dadoque los polímeros no son buenos conductores de calor. Un incremento en temperatura disminuye la viscosidad delpolímero fundido; lo mismo sucede al incrementar la velocidad de corte. Por ello ambos parámetros deben serajustados durante el proceso. Existen, además, metales estándares para cada polímero con el fin de evitar la corrosióno degradación. Con algunas excepciones —como el PVC—, la mayoría de los plásticos pueden utilizarse en lasmismas máquinas.La unidad de inyección es en origen una máquina de extrusión con un solo husillo, teniendo el barril calentadores ysensores para mantener una temperatura programada constante. La profundidad entre el canal y el husillo disminuyede forma gradual (o drástica, en aplicaciones especiales) desde la zona de alimentación hasta la zona de dosificación.De esta manera, la presión en el barril aumenta gradualmente. El esfuerzo mecánico, de corte y la compresiónañaden calor al sistema y funden el polímero más eficientemente que si hubiera únicamente calor, siendo ésta larazón fundamental por la cual se utiliza un husillo y no una autoclave para obtener el fundido.Una diferencia sustancial con respecto al proceso de extrusión es la existencia de una parte extra llamada cámara dereserva. Es allí donde se acumula el polímero fundido para ser inyectado. Esta cámara actúa como la de un pistón;toda la unidad se comporta como el émbolo que empuja el material. Debido a esto, una parte del husillo termina porsubutilizarse, por lo que se recomiendan cañones largos para procesos de mezclado eficiente. Tanto en inyeccióncomo en extrusión se deben tomar en cuenta las relaciones de PvT (Presión, volumen, temperatura), que ayudan aentender cómo se comporta un polímero al fundir.

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Unidad de cierreEs una prensa hidráulica o mecánica, con una fuerza de cierre bastante grande que contrarresta la fuerza ejercida porel polímero fundido al ser inyectado en el molde. Las fuerzas localizadas pueden generar presiones del orden decientos de MPa, que sólo se encuentran en el planeta de forma natural únicamente en los puntos más profundos delocéano.Si la fuerza de cierre es insuficiente, el material escapará por la unión del molde, causando así que el molde tienda aabrirse. Es común utilizar el área proyectada de una pieza (área que representa perpendicularmente a la unidad decierre el total de la cavidad) para determinar la fuerza de cierre requerida, excluyendo posibles huecos o agujeros dela pieza.

Donde:F = Fuerza (N)Pm = Presión media (Pa)Ap = Área proyectada (m2)

Molde

Esquema de un molde comercial prefabricado, al cual sólo le falta la cavidad parala pieza deseada.

El molde (también llamado herramienta) esla parte más importante de la máquina deinyección, ya que es el espacio donde segenera la pieza; para producir un productodiferente, simplemente se cambia el molde,al ser una pieza intercambiable que seatornilla en la unidad de cierre. existen dostipos importantes de molde, uno en la queinyecta plastico y otra en la que inyectametal.Las partes del molde son:• Cavidad: es el volumen en el cual la

pieza será moldeada.• Canales o ductos: son conductos a

través de los cuales el polímero fundidofluye debido a la presión de inyección. Elcanal de alimentación se llena a través de la boquilla, los siguientes canales son los denominados bebederos yfinalmente se encuentra la compuerta.

• Canales de enfriamiento: Son canales por los cuales circula refrigerante (el más común agua) para regular latemperatura del molde. Su diseño es complejo y específico para cada pieza y molde, esto en vista de que larefrigeración debe ser lo más homogénea posible en toda la cavidad y en la parte fija como en la parte móvil, estocon el fin de evitar los efectos de contracción. Cabe destacar que al momento de realizar el diseño de un molde, elsistema de refrigeración es lo último que se debe diseñar.

• Barras expulsoras: al abrir el molde, estas barras expulsan la pieza moldeada fuera de la cavidad, pudiendo aveces contar con la ayuda de un robot para realizar esta operación.

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Control de parámetros

Llenado de molde por inyección.

Líneas genéricas isobáricas de polímeros amorfos y semicristalinos en inyección.

Los parámetros más importantes para unproceso de inyección son los siguientes.

Ciclo de moldeo

En el ciclo de moldeo se distinguen 6 pasosprincipales (aunque algunos autores llegan adistinguir hasta 9 pasos):• 1. Molde cerrado y vacío. La unidad de

inyección carga material y se llena depolímero fundido.

• 2. Se inyecta el polímero abriéndose laválvula y, con el husillo que actúa comoun pistón, se hace pasar el material através de la boquilla hacia las cavidadesdel molde.

• 3. La presión se mantiene constante paralograr que la pieza tenga las dimensionesadecuadas, pues al enfriarse tiende acontraerse.

• 4. La presión se elimina. La válvula secierra y el husillo gira para cargarmaterial; al girar también retrocede.

• 5. La pieza en el molde termina deenfriarse (este tiempo es el más caro pueses largo e interrumpe el procesocontinuo), la prensa libera la presión y elmolde se abre; las barras expulsan laparte moldeada fuera de la cavidad.

• 6. La unidad de cierre vuelve a cerrar elmolde y el ciclo puede reiniciarse.

PvT (relaciones depresión-volumen-temperatura)

En cualquier polímero, las relaciones entre presión, volumen y temperatura son muy importantes para obtener unproceso de inyección eficiente, ya que el volumen específico de un polímero aumenta al ascender la temperatura delmismo. Entre estas dos dimensiones se presentan curvas isobáricas por las cuales se guía el polímero. Elcomportamiento de los polímeros

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Al enfriarse, las partes inyectadas se contraen, siendo suvolumen menor que el de la cavidad.

Pieza de Nylon 6 moldeada para un Automóvil.

Molde para fabricar un clip de plástico para papel.

amorfos y semicristalinos en el paso de enfriamiento es muydiferente, lo que debe ser tenido en cuenta si se quiereobtener una pieza de alta calidad.

Para diseño de equipo de proceso es necesario conocer lasrelaciones de PvT de lo polímeros que se utilizarán, en suforma final, es decir aditivados. A continuación semencionan los parámetros más comunes para el inicio de lasrelaciones de PvT, basados en la ecuación de Flory:

α = Coeficiente de expansión térmicaβ = Compresibilidad isotérmica

Y una ecuación empírica es:

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Cuando Las relaciones de PvT se utilizan en ingeniería de polímeros para lograr un sistema técnico que, basado en la teoríamolecular, proporcione datos aplicados a los polímeros en estado fundido en un amplio rango de presión ytemperatura. Esto se logra con datos empíricos concretos y limitados. Para determinar estas relaciones existen otrasecuaciones como la de Simha-Somcynsky, el modelo para fluidos de Sanchez y Lacombe y por supuesto, la ecuaciónde mayor éxito, la ecuación de Flory (Flory-Orwoll-Vrij).

Cristalización y deformación de la pieza al enfriarse (contracción)Debe tenerse en cuenta que la razón de este fenómeno se debe al cambio de densidad del material, que sigue unpropio comportamiento fisicoquímico, particular para cada polímero, y que puede ser isótropo o anisótropo.De acuerdo con las relaciones de PVT anteriores, se infiere que la parte moldeada sufrirá una contracción,presentando cada polímero diferentes tipos de contracción; sin embargo, puede decirse que, en general, siguen lasmismas ecuaciones para contracción isótropa:

Donde:Lc = longitud de la cavidadLmp = longitud de la parte moldeadaCv = contracción volumétricaCL = contracción linealVc = Volumen de la cavidadVmp = Volumen de la parte moldeada

Los polímeros semicristalinos modificarán más su tamaño dependiendo de la temperatura en la cual se les permitacristalizar. Las cadenas que forman esferulitas y lamelas ocupan menos espacio (mayor densidad) que las cadenas enestado amorfo. Por ello, el grado de cristalinidad afecta directamente a la densidad final de la pieza. La temperaturadel molde y el enfriamiento deben ser los adecuados para obtener partes de calidad.A continuación se enumeran algunos valores comunes de contracción en polímeros para inyección (para diseño demoldes es conveniente solicitar una hoja de parámetros técnicos del proveedor de polímeros para obtener un rangoespecífico).

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Termoplástico Contracción(%)

Acrilonitrilo butadieno estireno 0,4 – 0,8

Poliacetal 0,1 – 2,3

Polimetilmetacrilato (PMMA) 0,2 – 0,7

Acetato de celulosa 0,5

Nylon 6,6 1,4 – 1,6

Policarbonato 0,6

Polietileno de baja densidad 4,0 – 4,5

Polipropileno 1,3 – 1,6

Poliestireno 0,4 – 0,7

PVC rígido 0,6 – 1,2

PVC plastificado 1,0 – 4,5

Colada fría y calienteExisten dos tipos de colada. La colada fría es el remanente de polímero solidificado que queda en los canales, y quees necesario cortar de la pieza final. La colada caliente mantiene al polímero en estado fundido para continuar con lainyección. Con esta técnica se ahorra una considerable cantidad de plástico. Pero algunas de las desventajas laconvierten en una técnica poco popular: los pigmentos deben tener mayor resistencia a la temperatura, el polímeroaumenta su historia térmica, el molde debe ser diseñado especialmente para esto, pueden haber fluctuaciones en elciclo de moldeo, etc.

Coloración de la pieza

Piezas de LEGO de diferentes colores moldeados porinyección.

La coloración de las partes a moldear es un paso crítico,puesto que la belleza de la parte, la identificación y lasfunciones ópticas dependen de este proceso. Básicamenteexisten tres formas de colorear una parte en los procesos deinyección:• 1. Utilizar plástico del color que se necesita

(precoloreados).• 2. Utilizar un plástico de color natural y mezclarlo con

pigmento en polvo o colorante líquido.• 3. Utilizar un plástico de color natural y mezclarlo con

concentrado de color.

La elección más barata y eficiente es el uso del concentradode color (en inglés Masterbatch), el cual se diseña concaracterísticas de índice de fluidez y viscosidad acordes alpolímero que se desea procesar. Con los concentrados decolor se puede cambiar de un color a otro de manera rápida,sencilla y limpia. Los pigmentos en polvo presentan mayores problemas de coloración que los concentrados de colory estos más que los precoloreados; sin embargo, los precoloreados son los más caros y presentan una historia térmicamayor. Los problemas de procesamiento más comunes con relación al color de una pieza son: líneas de color más omenos intenso, puntos negros, ráfagas, y piel de naranja.

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Los colores pueden ser cualquiera opacos y, si el polímero es transparente, se permiten colores translúcidos. Esimportante que el proveedor de los concentrados de color sea consciente de la aplicación final de la parte, parautilizar pigmentos o colorantes que no migren a la superficie. En polioleofinas no debe utilizarse colorantes porquemigran, un error muy común en la industria ya que son baratos, si bien este ahorro merma la calidad de la parte ypuede resultar en una reclamación por parte del cliente.Los colores finales en la parte pueden ser translúcidos, sólidos, pasteles, metálicos, perlados, fosforescentes,fluorescentes, etc. Sin embargo, polímeros como el ABS son más difíciles de colorear que el polietileno, por su altatemperatura de proceso y su color amarillento.Un experto en diseño de un color ha de poseer una habilidad visual impresionante, puesto que sus ojos estánentrenados para reconocer colores con diferencias mínimas, lo cual requiere una habilidad natural y ampliaexperiencia. Debe tomarse en cuenta también la teoría del color, ya que los pigmentos son substractivos y la luz esaditiva; además, si como color objetivo se tiene una pieza de metal, vidrio, líquido, papel o polímero diferente alpolímero final, es posible que bajo diferente luz sea igual o distinto el color final del objetivo. Por ello debe decidirsecuál será la luz bajo la cual los colores deben ser observados. Para personas que no son expertas en identificación decolor, son muy útiles los colorímetros, aunque su grado de confianza no llega al 100%. Una persona no entrenadapuede ver dos colores diferentes como iguales y dos iguales como diferentes, debido a errores en el ángulo conrespecto a la incidencia de la luz, distancia entre uno y otro objetivo, luz ambiental, etc.

Temperatura de procesoPara inyectar un polímero, específicamente un termoplástico, es necesario conocer su temperatura de transiciónvítrea (Tg) y su temperatura de fusión de la región cristalina (Tm), si es un polímero semicristalino.La temperatura de operación de cada termoplástico no es estándar, y varía según el proveedor (de acuerdo con elpeso molecular, ramificación del polímero, polidispersidad y aditivos). Es por tanto necesario solicitarle una Hoja deEspecificaciones donde se encuentre tanto el índice de fluidez como la temperatura de trabajo, que además es unrango de temperaturas, y la temperatura de degradación, con lo cual se obtiene un intervalo dentro del cual se puedetrabajar el material eficientemente.

Dimensiones de la máquinaLa efectividad de una máquina de inyección se basa en la cantidad de presión que esta pueda generar, por dosrazones principales:• 1. Incrementando la presión se puede inyectar más material• 2. Incrementando la presión se puede disminuir la temperatura, que se traduce en menor costo de operación.Las máquinas se venden dependiendo de su fuerza de cierre expresada en toneladas, y van desde 10 Ton las máspequeñas, hasta 3.000 Ton las de mayor capacidad.Es aconsejable utilizar el cañón más largo posible si se necesita mezclar compuestos, y también hacer énfasis en elhusillo adecuado. A continuación se muestra un husillo típico de laboratorio para polioleofinas:

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Aunque las dimensiones de la máquina dependen principalmente de la cantidad de polímero que se necesita parallenar la pieza deseada, es común que los proveedores de máquinas vendan equipos más o menos estándares. Lasprincipales características para determinar las dimensiones de una máquina son: la capacidad de cierre, dimensionesdel molde, carrera o recorrido del molde, presión de inyección, capacidad volumétrica de inyección, característicasde plastificado y velocidad de inyección..

Flujo y diseño de flujo

Flujo de polímero en la cavidad. La viscosidad del polímero aumenta al enfriarseen contacto con las paredes del molde.

Los polímeros son materiales cuyasviscosidades son muy altas, por lo que suflujo es lento y complicado. La razón deesto es que son cadenas muy largas deunidades más simples, a causa de lo cual lospolímeros presentan una orientación conrespecto al esfuerzo cortante al que han sidosometidos. En general, es convenienteeliminar lo más posible la orientación de lasmoléculas, propiedad que se contrapone a larapidez de moldeo (y por tanto al costo). Sinembargo, si el estrés debido a unaorientación extremadamente alta no selibera, la pieza se deformará al enfriarse o alcalentar el material en su aplicación.

El polímero entra en el molde y se vaacumulando desde el punto de entrada, arrastrándose por las paredes y empujando el polímero en el centro. Cuandoeste toca las paredes del molde, comienza a enfriarse y solidificarse. Esto ocurre con cierta baja orientación, perocuando se va llenando la cavidad en capas posteriores lejanas a la pared del molde, la orientación se incrementa y uninadecuado enfriamiento congela los estreses generados, siguiendo un perfil de velocidades semejante al del flujoparabólico en un tubo.El flujo de un polímero a través de una cavidad rectangular se puede estudiar utilizando condiciones isotérmicas, ocon el molde a temperaturas menores que la Tg del polímero a estudiar. Para los experimentos en condicionesisotérmicas, se observa que el tipo de polímero no modifica el flujo, que mantiene un perfil de velocidades constante,con un flujo radial después de la compuerta hasta llenar las esquinas. Después, el flujo se aproxima a un flujo tapón,perdiendo movilidad en las zonas de contacto con la pared fría. El flujo de cada polímero es estudiado por lareología.Una aproximación al estudio del flujo de polímeros en el llenado de un molde es la ecuación de Hagen y Poiseuille,la cual considera parámetros en el régimen laminar. Esta ecuación, despejada para la viscosidad del material es:

Donde: η = Viscosidadr = Radio del tubo o canalΔP = Caída de presiónL = Longitud del tuboQ = Flujo volumétricoτ = Esfuerzo cortante

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= Velocidad de cortePara el diseño de los canales en el molde, se observa de la ecuación anterior que la velocidad de corte y la viscosidadse ven afectadas por el diseño del radio del canal. Si el flujo volumétrico y la caída de presión se mantienenconstantes, en condiciones isotérmicas entre los ciclos de moldeo, la viscosidad permanece constante y por lo tantose espera que la calidad de la pieza moldeada sea constante.En la práctica, los ingenieros toman en cuenta que los polímeros son fluidos no newtonianos (particularmente. sonmateriales viscoelásticos). Por lo tanto, se deberán hacer correcciones a la fórmula anterior dependiendo de para quéplástico se realizará el molde. También se utilizan "curvas de viscosidad", que grafican η frente a .Un parámetro importante en el flujo incluye la temperatura; otra buena aproximación a polímeros obedece a laecuación de Arrhenius:

Donde:= Constante del polímero en cuestión

R = Constante universal de los gases ideales, Por lo general expresada en Joules, kelvins y moles

T = TemperaturaE = Energía de activación para el flujo viscoso

Ventilación y presión

Conforme el polímero avanza desde la entrada o tolva, va reduciendo el tamaño de sus gránulos por medios tantomecánicos (fricción, compresión y arrastres) como térmicos (aumento en su temperatura interna), llegando al estadogomoso o fusión, dependiendo de si el material es amorfo o semicristalino. Conforme este material avanza, el airepresente experimenta un aumento de presión y generalmente escapa en dirección opuesta al avance del polímero. Siesto no ocurre, entonces es necesario abrir una compuerta de ventilación, igualándose de esta manera la presióngenerada a la presión atmosférica. Debido a las propiedades de viscosidad y de arrastre del polímero, sólo escapamediante la ventilación una parte mínima de plástico.El error más común con la ventilación es el añadir aditivos espumantes desde la tolva. Los espumantes generan gas,aire o agua que queda atrapado en células abiertas o cerradas del polímero. No obstante, si la presión disminuye apresión atmosférica, este gas generado escapa, resultando así un polímero sin espumar. Para una eficientealimentación del espumante, éste debe ser añadido después de la ventilación o eliminar el mismo.

Técnicas modernas

Algunas de las técnicas modernas incluyen la inyección de multicomponentes, es decir, una pieza que contiene dospolímeros unidos entre sí o un polímero con diferentes colores y aditivos separados en capas. En esta técnica esposible inyectar dos polímeros en la misma pieza. Existen dos métodos para lograr esto: uno es con dos unidades deinyección, y otro con una unidad de inyección compuesta. Un polímero queda inmerso en el otro, o un color quedainmerso en el otro, ahorrando así costos: esta técnica es llamada inyección emparedado o sándwich. Otra posibilidades inyectar con agentes formadores de celdas o espumantes que reducen la densidad de la pieza moldeada.La inyección puede contener injertos metálicos, cerámicos o plásticos. Estos son colocados manual oautomáticamente en el molde, sobre el cual es inyectado el polímero que, por medios geométricos, evita suseparación al enfriarse.En el moldeo con reacción química no se usa el extrusor, sino más bien componentes líquidos que se vanadministrando. Estas resinas pueden estar activadas o activarse al unir los diferentes fluidos. Un ejemplo típico depolímero inyectado por este proceso es el poliuretano y la poliurea. Generalmente, las temperaturas en este procesoson mucho más bajas que las temperaturas de la inyección con husillo.

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La inyección de hule y de termoestables consiste en un proceso que incluye la inyección con todos los ingredientesnecesarios para el curado o vulcanizado, pero a temperaturas bajas en el cañón. Éste debe provocar poca fricción enel material para evitar el sobrecalentamiento y reacción prematura, cambiando así la cinética de reacción deseada. Lareacción termina precisamente en el molde, el cual no es necesario enfriar.La inyección con equipo moderno de polímeros semiconductores y de polímeros conductores requiere mucho menoscuidado que en el proceso de semiconductores tradicionales de silicio y germanio. El cuarto limpio no es necesario yel proceso se puede llevar a cabo con un cuidado semejante al de inyección de equipo médico.La inyección de materiales compuestos como madera-plástico o fibras naturales con polímero, fibra de carbón ynanopartículas tienen una problemática particular, debido a que el husillo tiende a romper, cortar o aglomerar laspartículas, por lo que presentan un doble reto: por una parte deben ser dispersadas y distribuidas (como cualquierpigmento), a la vez que deben permanecer lo más estables posible. Las nanopartículas generalmente formanaglomerados, que reflejan una pérdida de propiedades mecánicas y no un aumento, ya que el estrés es función directadel área de la unión partícula-polímero.

Entradas

Las funciones concretas de una entrada son simples: sirven para ayudar a que el polímero solidifique pronto cuandola inyección concluye, y para separar fácilmente los remanentes de inyección de la pieza final. Muchas veces eliminala necesidad de cortar o desbastar este sobrante y acelerar el flujo de material fundido, que se refleja en una menorviscosidad y mayor rapidez de inyección.Para garantizar el buen funcionamiento de un polímero inyectado, es imprescindible tener en cuenta los fenómenosde transporte y particularmente el flujo del polímero. Recuérdese que no se habla de moléculas o iones como losmetales fundidos, sino de largas cadenas de macromoléculas en estado gomoso. Las entradas son así diseñadas paramejorar el flujo y para permitir un orden distributivo del mismo. Las entradas más comunes son:

Tipo deentrada

Esquema Característica

Entrada decanal

(sinesquema)

Alimentan de manera directa desde la cavidad.

Entrada cónica Alimentan el polímero permitiendo una ligera relajación de esfuerzos.

Entradapuntiforme

Se llenan desde los bebederos; comúnmente usadas en moldes de tres placas, permiten altas velocidades y se llenancon facilidad; pueden eliminarse sin dificultad de la pieza moldeada.

Entrada lateral Alimentan desde un lado del molde; comúnmente utilizadas para impresión múltiple.

Entrada anular Se usan para moldear partes huecas ya que su flujo es previamente modificado a la forma final.

Entrada dediafragma

Similares a las compuertas anular, pero distribuyen el material fundido desde el canal de alimentación.

Entrada deabanico

Sirven para cubrir áreas grandes o largas de manera homogénea y distributivamente correcta.

Entrada delengüeta

Estas compuertas minimizan el efecto de jet y ayudan a lograr un flujo de régimen laminar cuyo número deReynolds es adecuado para la inyección.

Entrada decinta o laminar

Sirven para moldear homogéneamente áreas planas y delgadas, sobre todo en productos translúcidos y transparentescomo objetivos de policarbonato, láminas de PMMA y dispositivos ópticos de medición, ya que minimiza lasaberraciones cromáticas y ópticas debidas a ondas formadas por flujo en régimen turbulento.

Estas entradas se utilizan en el diseño de molde preferentemente bajo la experiencia y el diseño por computadora,con programas como Moldflow que simulan el flujo de polímeros en el molde.

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Defectos, causas posibles y soluciones en partes moldeadasLos defectos en partes moldeadas requieren experiencia tanto para ser identificados como para ser resueltos. Losoperarios con años de experiencia en inyección son los mejores maestros de identificación y solución de problemas,ya que su experiencia les da las ideas y recursos necesarios para solucionar problemas rápidamente. Aquí se sugierenalgunas de las soluciones a los problemas más comunes:

Defecto Causas posibles Probables soluciones

Enchuecamiento Enfriamiento demasiado intensivo. Diseño inadecuado de la pieza.Tiempo de enfriamiento muy corto. Sistema de extraccióninapropiado. Esfuerzos en el material.

Incremente el tiempo de enfriamiento dentro del molde.Utilizar un polímero reforzado.

Flash Presión de cierre demasiado baja. Incrementar la presión de la unidad de cierre.

Líneas de flujo Mala dispersión del concentrado de color o del pigmento.Temperatura demasiado baja.

Cargar el material más lentamente. Incrementar latemperatura del barril. Modificar el perfil detemperaturas.

Puntos negros Hay carbonizaciones. Purgar el husillo. Reducir la temperatura de proceso.Limpiar el husillo manualmente.

Piel de naranja Incompatibilidad del material. Disminuir la temperatura de proceso. Incrementar latemperatura del molde. Cambiar el concentrado de color.

Parte incompleta Insuficiente material en la cavidad. Falta de material en la tolva.Cañón demasiado pequeño. Temperatura demasiado baja.Obstrucción de la tolva o de la boquilla. Válvula tapada. Tiempode sostenimiento demasiado corto. Velocidad de inyeccióndemasiado baja. Canales demasiado pequeños. Respiracióninsuficiente.

Inyectar más material. Cambiar el molde a una máquinade mayor capacidad. Incrementar la temperatura delbarril. Incrementar la velocidad de inyección. Modificarel tamaño de los canales del molde.

Parte con rebabas Dosificación excesiva. Temperatura de inyección muy alta.Presión de inyección muy alta. Tiempo de inyección muy largo.Temperatura de molde muy alta.

Dosificar menos material. Disminuir la temperatura deinyección. Disminuir la presión. Disminuir el tiempo deinyección. Disminuir la temperatura del molde.

Rechupados yhuecos

Presión de inyección demasiado baja. Tiempo de sostenimiento depresión muy corto. Velocidad de inyección baja. Materialsobrecalentado. Humedad. Enfriamiento del molde no uniforme.Canales o compuerta muy pequeños. Mal diseño de la pieza.

Incrementar la presión. Incrementar el tiempo desostenimiento de presión. Disminuir la temperatura delbarril. Incrementar la velocidad de inyección. Abrir elventeo o preseque el material. Modificar los canales deenfriamiento del molde o el flujo del agua. Modificar elmolde.

Líneas de unión Temperatura general muy baja en el molde. Temperatura delfundido no uniforme. Presión de inyección muy baja. Velocidadde inyección muy baja. Insuficiente respiración en la zona deunión de los flujos encontrados. Velocidad de llenado nouniforme. Flujo no adecuado del material por los canales o lacavidad.

Incrementar la temperatura. Incrementar la presión.Incrementar la velocidad de inyección. Modificar larespiración del material en el molde. Modificar lacompuerta para uniformar el flujo.

Degradación poraire atrapado

Humedad. Degradación de aditivos. Temperatura demasiado alta.Respiración del molde insuficiente.

Secar el material. Disminuir la temperatura. Modificar larespiración del molde.

Delaminación decapas

Temperatura demasiado baja. Velocidad de inyección demasiadobaja. Baja contrapresión de la máquina. Temperatura del moldemuy baja.

Incrementar la temperatura. Incrementar la velocidad deinyección. Incrementar la contrapresión de la máquina.

Fracturas o grietasen la superficie

Temperatura del molde demasiado baja. Sistema de eyeccióndemasiado agresivo o inadecuado. Empacado excesivo.

Incrementar la temperatura. Modificar las barraseyectoras. Utilice un robot para extraer la pieza.Disminuir la presión de sostenimiento.

Marcas de lasbarras eyectoras

Tiempo de enfriamiento muy corto. Temperatura del molde alta.Temperatura del polímero demasiado alta. Rapidez de eyeccióndemasiado alta. Localización inadecuada de las barras eyectoras.

Incrementar el tiempo de enfriamiento. Disminuir latemperatura del fundido. Disminuir la rapidez deeyección. Modificar la ubicación de las barra eyectoras.

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Quemado de lapieza

Quemado por efecto de jet. Disminuya la velocidad de inyección.

El concentrado decolor no se mezcla

Perfil incorrecto de temperaturas. Probar un perfil inverso de temperaturas. Bajar latemperatura de las primeras dos zonas de la unidad deinyección. Usar un perfil de temperaturas más agresivo.

El color es másobscuro

La temperatura es demasiado alta. La compuerta es demasiadopequeña y se quema el polímero por presión.

Disminuir la temperatura. Modificar la compuerta delmolde.

Referencias• Bryce, Douglas M. Plastic injection molding: manufacturing process fundamentals. Dearborn: Society of

Manufacturing Engineers, 1996. ISBN 0-87263-472-8• Flory PJ, Orwoll RA, Vrij A. Statistical Thermodynamics of Chain Molecule Liquids. I. An Equation of State for

Normal Paraffin Hydrocarbons. J Am Chem Soc 1964, 86, 3507. DOI: 10.1021/ja01071a023.• Frenkler, D.; Zawistowski, H. Hot Runners in Injection Moulds. Shawbury, Shrewsbury, Shropshire: Rapra

Technology, 2001, 1ª ed. ISBN 1-85957-208-1• Goodship, Vannessa. Troubleshooting Injection Moulding. Shawbury, Shrewsbury, Shropshire: Rapra

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• Schultz, Jerold M. Polymer Crystalization, The development of Crystalline Order in Thermoplastic Polymers.Nueva York: Oxford University Press, 2001. ISBN 0-8412-3669-0

Véase también• Extrusión de polímero• Moldeo por compresión• Moldeo por soplado• Moldeo rotacional• Polímero• Pultrusión

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Enlaces externos• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Moldeo por inyección.Commons• Resumen de moldeo por inyección de DOW [1]

• Textos científicos.com [2]

• Artículo sobre moldeo por inyección [3]

• Plásticos y Aplicaciones – Caso Práctico en la UPIICSA [4]

• Videos moldeo [5]

En inglés• Página con temas de inyección [6]

• Injection moulding problems and solutions [7]

• Injection moulded part cost estimator in Java [8]

• List of thermoplastics and thermoset materials, showing definitions, properties and applications. [9]

Referencias[1] http:/ / plastics. dow. com/ plastics/ la/ span/ fab/ molding/ improcess. htm[2] http:/ / www. textoscientificos. com/ polimeros/ moldeado[3] http:/ / www. mater. upm. es/ polimeros/ Documentos/ Cap6_5MoldeoInyeccion. pdf[4] http:/ / www. monografias. com/ trabajos13/ plapli/ plapli. shtml[5] http:/ / www. tec. uji. es/ d/ ProcFabDoc/ ProcFabMedia/ indexProcFabMedia. html[6] http:/ / www. me. gatech. edu/ jonathan. colton/ me4210/ polymer. html[7] http:/ / www. crtlabs. com/ injection_molding_testing. html[8] http:/ / kazmer. uml. edu/ Software/ JavaCost/ index. htm[9] http:/ / www. hbcengineeringsolutions. com/ manufacture_injection. moulding_materials. processed. htm

Fuentes y contribuyentes del artículo 16

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