BASES DEL PROCESADO DE POLÍMEROS

BASES DEL PROCESADO DE POLÍMEROS

1. PRINCIPALES TÉCNICAS DE TRANSFORMACIÓN DE PLÁSTICO

   • Extrusión
     • Consiste en obligar a un material fundido a pasar a través de una boquilla o matriz que tiene la forma adecuada, para obtener el diseño deseado.
     • El equipo debe ser capaz de proporcionar sobre el material suficiente presión de una forma continua, uniforme y reblandecer y acondicionar el material de forma que pueda ser extruído.
     • Se requiere de una máquina compuesta de un cilindro y un husillo o tornillo de plastificación que gira dentro del cilindro
       • El material granulado o en forma de polvo se carga en una tolva, desde la cual se alimenta al cilindro, donde el husillo se encarga de introducirlo, transportarlo hacia adelante y comprimirlo. El calentamiento hasta la fusión se realiza desde la cara exterior del cilindro, mediante elementos calefactores y desde el interior por conversión del esfuerzo en calor.
   • Inyección
     • Consiste básicamente en fundir un material plástico en condiciones adecuadas e introducirlo a presión en las cavidades de un molde donde se enfría a una temperatura apta para que las piezas puedan ser extraídas sin deformarse.
       • En el moldeo por inyección son de gran importancia las características de los polímeros tales como peso molecular y distribución, configuración química y morfología, cristalinidad, estabilidad, etc..
         • El proceso, en lo que a moldeo se refiere, puede dividirse en dos fases, en la primera tiene lugar la fusión del material y en la segunda la inyección en el molde.
           • En las máquinas convencionales, el material de moldeo, en forma de gránulos o granza, entra en el cilindro de calefacción a través de una tolva de alimentación situada en la parte posterior del cilindro. El material se calienta y funde en el cilindro de calefacción, al mismo tiempo que circula hacia la parte anterior de éste, gracias al movimiento rotatorio del tornillo de plastificación que se encuentra en el interior del cilindro, de forma similar a como ocurre en el proceso de extrusión.
             • Una vez que hay suficiente cantidad de material fundido acumulado delante del tornillo, se detiene el giro y el tornillo realiza un movimiento axial hacia adelante, con lo que el material fundido sale por la boquilla de inyección hacia el molde, que en ese momento debe encontrarse cerrado.
   • Moldeo por soplado
     • El proceso consiste básicamente en insuflar aire en una preforma tubular fundida que se encuentra en el interior del molde.
       • Se emplea exclusivamente con materiales termoplásticos.
         • Para ello son necesarias dos piezas fundamentales: una extrusora o una inyectora y una unidad de soplado.
   • Moldeo rotacional
     • En este proceso el plástico frío funde sobre las paredes de un molde metálico caliente que gira en torno a dos ejes, donde más tarde se enfría hasta que adquiere consistencia para poder ser desmoldeado.
       • Se puede emplear indistintamente para materiales termoplásticos y termoestables.
         • En rotomoldeo, a diferencia de lo que ocurre con las demás técnicas de transformación, el calentamiento y enfriamiento del plástico tienen lugar en el interior de un molde en el que no se aplica presión.
           • Una cantidad de plástico frío, se introduce en una mitad del molde también frío. El molde se cierra y se hace rotar biaxialmente en el interior del horno.
   • Moldeo por compresión
     • Puede considerarse que el ciclo comienza con la apertura del molde para la extracción de la pieza obtenida en el ciclo anterior. Una vez limpio el molde se colocan en él las inserciones metálicas si las hubiere y se introduce el material de moldeo, bien en forma de polvo o en forma de pastilla; se cierra el molde caliente y se aplica presión.
       • Finalmente, se aplica toda la presión al molde caliente y se mantiene el tiempo necesario hasta que el material haya curado totalmente.
         • Prensa para moldeo por compresión.
   • Termoconformado
     • Es un proceso de moldeo de preformas de termoplásticos que generalmente se encuentran en forma de lámina o plancha.
     • El proceso de moldeo del semifabricado o preforma se desarrolla en tres etapas
       • En el primer paso el material se calienta, generalmente por radiación infrarroja, aunque también se puede calentar mediante convección o conducción.
         • Después se tensa encima de un bastidor y, por medio de aire a presión o vacío, se estampa o se presiona sobre las paredes de un molde frío.
           • Se distingue entre procesos en positivo y en negativo, según sea la cara exterior o interior de la pieza la que se moldea
             • La principal desventaja del proceso es que solo una de las caras de la pieza copia exactamente la forma del molde.

2. OPERACIONES UNITARIAS EN EL PROCESADO DE POLÍMEROS

   • Manejo de sólidos
     • La mayoría de los polímeros se suministran a los transformadores en forma de sólidos particulados.
     • Las formas más frecuentes son los pelets o granza, en una gran variedad de formas, como cubos, cilindros, esferas, lentejas o elipsoides, así como polvos o granulados.
     • La granza se obtiene al final del proceso de polimerización en etapas especiales. La elección del proceso de granceado depende de la naturaleza del polímero, producción requerida y características del proceso.
     • . Los procesos más comunes son los de cortado del extruido bajo corriente de agua o aire, el cortado en frío de tiras. Los tamaños típicos oscilan entre 3 y 6 mm.
       • Los polvos se pueden preparar directamente en el proceso de polimerización o por procesos posteriores de molienda en molinos o pulverizadores (molinos de martillos, de cuchillas, de chorro, etc.).
         • El material de recortes suele triturarse en granulados de tamaño variable que se suele reprocesar mezclado con material virgen.
   • Calentamiento y fusión de polímeros
     • En la mayoría de las técnicas de transformación el polímero está originalmente en estado sólido y debe calentarse hasta su punto de fusión o reblandecimiento.
       • La capacidad calorífica de los plásticos y el calor latente de fusión tienen valores elevados, de modo que la cantidad de calor que hay que aplicar para fundir estos materiales es muy alta.
         • Como se puede apreciar el calor que es necesario aplicar en el caso de los polímeros cristalinos es mayor que en el caso de los polímeros amorfos, en los que no hay fusión.
         • Propiedades térmicas de algunos polímeros y cantidad de calor necesario para su procesado.
   • Flujo a través de canales
     • En el procesado de polímeros es frecuente que éstos sean obligados a fluir desde un punto a otro de la máquina a través de canales de geometría cilíndrica.
       • Si la longitud del canal es L y su radio R, la caída de presión a lo largo del canal es AP y Q es el caudal de fluido que circula por el interior, el esfuerzo de cizalla y la velocidad de cizalla en la pared del canal se pueden calcular por medio de las siguientes expresiones:
         • De modo que de acuerdo con la expresión de Newton la viscosidad se puede calcular de la siguiente forma:
   • Solidificación o endurecimiento
     • Solidificación o endurecimiento
       • A veces se emplean resinas líquidas que se introducen en el molde con una mezcla de aditivos que contienen agentes entrecruzantes, generalmente peróxidos que son iniciadores de radicales libres, junto con otros aditivos como iniciadores y catalizadores de la reacción..
       • En otros casos se emplean “polvos de moldeo”. En este caso en lugar de partir de materiales líquidos se parte de materiales sólidos con un cierto grado de polimerización (termoendurecibles) y la reacción se completa en el molde.
       • En el proceso de vulcanización Generalmente se parte de un caucho (polibutadieno) termoplástico y, por la adicción de azufre, entre otros aditivos, se obtiene el entrecruzamiento parcial del material que confiere a los cauchos la capacidad de recuperar su forma original tras la aplicación de un esfuerzo.
         • Otra posibilidad es el empleo de plastisoles de PVC. Los plastisoles son mezclas líquidas de PVC con un plastificante, de modo que el PVC forma una suspensión en el plastificante.
     • Enfriamiento de termoplásticos
       • El proceso de enfriamiento es inverso al de calentamiento, si bien hay una diferencia básica y es que el enfriamiento se realiza mediante la eliminación de calor por conducción.
         • A veces por convección, y el trabajo realizado sobre el polímero no contribuye al enfriamiento del mismo como si ocurría en el proceso de calentamiento.
       • Por lo general elenfriamiento no se realiza hasta temperatura ambiente, basta con alcanzar una temperatura a la que la pieza pueda ser desmoldeada sin que se deforme.

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