INSTITUTO TECNOLÓGICO DE HERMOSILLO
ING. AERONÁUTICA
Fundición de polímeros.
Procesos de fabricación.
Ileana Romo Borbón
Alba Maria Encinas Lugo
Cesar E. Irigoyen Aragon
C5A
, Hermosillo Son. 05/12/2021
Introducción.
Los polímeros son los materiales de uso más común para producir piezas y
productos de uso final. Se utilizan prácticamente en todos los sectores industriales
por su versatilidad, facilidad de fabricación, bajo coste, resistencia a los factores
ambientales, etc. El proceso de fundición del polímero requiere numerosas
aplicaciones y etapas de filtración para crear el producto final plástico a partir de la
materia prima. Si se quiere que la fibra sea de alta calidad, con pocas grietas y
rentable, el fundido del polímero ha de tener una formación consistente, estar libre
de gel y de grandes concentraciones.La elección de un método de transformación
para materiales poliméricos debe de hacerse teniendo en cuenta el tipo de material
que se va a utilizar ,estado físico del mismo, tipo y diseño de pieza, producción
prevista y aspectos económicos generales. Existen tres procesos fundamentales de
aplicación general sobre los que se han desarrollado algunas modificaciones. Estos
procesos son inyección, extrusión y comprensión y los abordaremos en primer lugar.
También se han desarrollado métodos específicos para algunos materiales, teniendo
especial relevancia algunos destinados a la obtención de materiales compuestos en
aplicaciones industriales. Este segundo grupo de técnicas lo comentaremos a
continuación.
Desarrollo.
Marco Teórico.
Los polímeros son sustancias de alto peso molecular formada por la unión de
cientos de miles de moléculas pequeñas llamadas monómeros (compuestos
químicos con moléculas simples). Se forman así moléculas gigantes que toman
formas diversas: cadenas en forma de escalera, cadenas unidas o termo fijas que
no pueden ablandarse al ser calentadas, cadenas largas y sueltas.
Un polímero es un compuesto que consiste en moléculas de cadena larga, cada una
de las cuales está hecha de unidades que se repiten y conectan entre sí. En una
sola molécula de polímero puede haber miles, incluso millones, de unidades. La
palabra se deriva de los vocablos griegos poly, que significa muchos, y meros (que
se contrae a mero), que es parte. La mayoría de los polímeros se basan en el
carbono, y por ello se les considera productos químicos orgánicos.
Los polímeros tienen miles de variedades con diferentes estructuras básicas,
derivados y aditivos que se formulan para abarcar una amplia gama de
propiedades funcionales y estéticas.Para simplificar el proceso de encontrar el
material más adecuado para una pieza o producto, echemos antes un vistazo a
los tres principales tipos de polímeros:
,1. Los polímeros termoplásticos, también llamados termoplásticos (TP), son
materiales sólidos a temperatura ambiente, pero si se les calienta a temperaturas de
apenas unos cuantos cientos de grados, se vuelven líquidos viscosos. Esta
característica permite que se adopten formas de productos de modo fácil y
económico. Se pueden sujetar repetidas veces al ciclo de calentamiento y
enfriamiento sin que el polímero se degrada en forma significativa.
2. A diferencia de los termoplásticos, los polímeros termofijos, o termofijos
(termoestables) (TS), no toleran ciclos repetidos de calentamiento. Cuando se
calientan de inicio, se suavizan y fluyen de modo que se pueden moldear, pero las
temperaturas elevadas también producen una reacción química que endurece el
material y lo convierte en un sólido que no se puede fundir. Si se le vuelve a
calentar, los polímeros termofijos o termoestables se degradan y carbonizan, en vez
de suavizarse.
3. Los elastómeros (E) son los cauchos. Se trata de polímeros que presentan
alargamiento elástico extremo si se les sujeta a un esfuerzo mecánico relativamente
débil. Algunos elastómeros son capaces de estirarse en un factor de 10 y aun así
recuperar su forma original por completo. Aunque sus propiedades son muy
distintas de las de los termofijos, tienen una estructura molecular similar a la de
éstos, pero diferente de la de los termoplásticos.
Fundición de polímeros.
En la fundición de polímeros, se llena un molde con una resina líquida o caucho que
pasan por una reacción química y se solidifican. Los polímeros típicos de la
fundición son, entre otros, el poliuretano, la resina epoxi, la silicona y el acrílico.Para
dar forma a un polímero éste debe calentarse de modo que se suavice hasta
adquirir la consistencia de un líquido. Esta forma se denomina polímero fundido, que
tiene varias propiedades y características únicas, que se enumeran a continuación.
1. Viscosidad: Debido a su alto peso molecular, un polímero fundido es un fluido
espeso con viscosidad elevada.La viscosidad es una propiedad de los fluidos
que relaciona la fuerza cortante que se experimenta durante el movimiento
del fluido con la tasa de deformación. La viscosidad es importante en el
procesamiento de polímeros porque la mayoría de métodos para dar forma
involucran el flujo del polímero fundido a través de canales pequeños o
aberturas de troqueles. Es frecuente que los gastos o caudales sean
elevados, lo que genera tasas elevadas de corte; y las fuerzas de corte se
incrementa con la velocidad de corte, por lo que se requieren presiones
significativas para efectuar los procesos.
2. Viscoelasticidad: En efecto, el material extruido “recuerda” su forma y trata de
regresar a ella después de dejar el orificio del troquel. En palabras más
técnicas.Los esfuerzos de compresión que actúan sobre el material conforme
ingresa a la abertura pequeña del troquel no se relajan de inmediato. Cuando
, el material sale después del orificio y la restricción desaparece, los esfuerzos
no liberados hacen que la sección transversal se expanda.
En general consta de los siguientes pasos;
● Preparación del molde: el molde se recubre con un agente desmoldante para
facilitar el desmoldeo y, a menudo, se precalienta a una temperatura
específica del material.
● Fundición: La resina sintética se mezcla con un agente de curado y se vierte
o inyecta en el molde, donde llena la cavidad del molde.
● Curado: La fundición se cura en el molde hasta que solidifica (someter el
molde al calor puede acelerar el tiempo de curado de ciertos polímeros).
● Desmolde: Se abre el molde y se retira la parte curada.
● Recorte: los artefactos de fundición como rebabas, bebederos y uniones se
cortan o lijan.
En los siguientes temas se van a estudiar los métodos más empleados para la
transformación de plásticos, como son la extrusión, inyección, compresión, moldeo
rotacional, soplado y termoconformado, etc. A continuación se da una visión general
de estos procesos de transformación;
MOLDEO POR EXTRUSIÓN.
La extrusión de polímeros es un proceso industrial mecánico, en donde se realiza
una acción de prensado, moldeado del plástico, que por flujo continuo con presión y
empuje, se lo hace pasar por un molde encargado de darle la forma deseada. El
polímero fundido es forzado a pasar a través de un dado también llamado boquilla,
por medio del empuje generado por la acción giratoria de un husillo que gira
concéntricamente en una cámara a temperaturas controladas llamada cañón, con
una separación milimétrica entre ambos elementos. El material polimérico es
alimentado por medio de una tolva en un extremo de la máquina y debido a la
acción de empuje se funde, fluye y mezcla en el cañón y se obtiene por el otro lado
con un perfil geométrico preestablecido.
PROCESO.
Las etapas del proceso de extrusión son:
l. Plastificación del material de partida (granza o polvo).
2. Hacer pasar el material plastificado a través de una boquilla que le de la forma
deseada.
3. Solidificación con la forma deseada.
4. Bobinado o bien cortado en unidades.
