Procesamiento de plásticos termoestables moldeados por inyección
El moldeo por inyección de plástico termoestable utiliza un tornillo o un émbolo para empujar el polímero a través de un cilindro calentado (120-260 °F) para reducir la viscosidad y luego inyectarlo en un molde calentado (300-450 °F). Una vez que el material llena el molde, se presuriza. En este momento, se produce una reticulación química que hace que el polímero se endurezca. El producto duro (es decir, curado) puede ser expulsado del molde mientras está caliente y no puede ser remoldeado ni refundido.
El equipo de moldeo por inyección tiene un dispositivo de sujeción accionado hidráulicamente para cerrar el molde y un dispositivo de inyección que puede transportar el material. La mayoría de los plásticos termoendurecibles se utilizan en forma granular o en escamas, que pueden introducirse en el dispositivo de inyección de tornillo mediante una tolva por gravedad. Cuando se procesa compuesto de poliéster para moldeo a granel (BMC), es como un"masa de pan"y se utiliza un pistón de alimentación para presionar el material en la ranura del hilo.
Los polímeros procesados mediante este proceso son (en orden de cantidad); fenólicos, poliéster BMC, melamina, epoxis, plásticos de urea-formaldehído, polímeros de éster vinílico y ftalato de dialilo (DAP).
La mayoría de los termoestables contienen grandes cantidades de cargas (hasta un 70% en peso) para reducir el costo o mejorar la baja contracción, la resistencia o las propiedades especiales. Las cargas comunes incluyen fibras de vidrio, fibras minerales, arcillas, fibras de madera y negro de carbón. Estos rellenos pueden ser muy abrasivos y producir altas viscosidades que deben ser superadas por el equipo de procesamiento.
Procesando
Tanto los termoplásticos como los termoestables disminuirán su viscosidad cuando se calientan. Sin embargo, la viscosidad de los termoestables aumenta con el tiempo y la temperatura debido a reacciones químicas de reticulación. El resultado combinado de estos efectos es una curva de viscosidad en forma de U en función del tiempo y la temperatura. El objetivo del moldeo por inyección termoestable es completar la operación de llenado del molde en el área de viscosidad más baja porque la presión requerida para darle al material la forma del molde es la más baja. Esto también ayuda a minimizar el daño a las fibras del polímero.
El proceso de moldeo por inyección utiliza un tornillo para mover el material a través de un barril calentado, que hace circular agua o aceite en una camisa alrededor del barril. El tornillo puede diseñarse para cada tipo de material y comprimirse ligeramente para eliminar el aire y calentar el material para lograr una baja viscosidad. La mayoría de los materiales termoestables fluyen bastante bien aquí.
La operación de introducir el material en el molde es detener la rotación del tornillo y empujar el tornillo hacia adelante a alta velocidad con presión hidráulica para forzar el material plastificado de baja viscosidad hacia el molde. Este flujo rápido requiere llenar la cavidad del molde en 0,5 segundos y la presión debe alcanzar los 193 MPa. Una vez que se llena la cavidad del molde, el flujo de alta velocidad del material genera mayor calor de fricción para acelerar la reacción química.
Una vez que se llena la cavidad del molde, la presión de inyección caerá a una presión de mantenimiento de 34,5-68,9 MPa. Esta presión de mantenimiento se mantiene sobre el material durante 5 a 10 segundos, luego se libera la presión y comienza la siguiente fase de plastificación del ciclo.
El material se mantiene en el molde caliente hasta que endurece, y luego se abre el dispositivo de sujeción para expulsar el producto. El producto puede estar ligeramente sin curar y un poco blando cuando recién se expulsa. El curado final se completa entre 1 y 2 minutos después de la extracción utilizando el calor retenido dentro del producto. El ciclo completo de producción de productos termoendurecibles es de 10 a 120 segundos, dependiendo del espesor del producto y del tipo de materias primas.
Se utilizan muchas tecnologías diferentes y especializadas para mejorar la calidad y reproducibilidad del producto. En vista del hecho de que algunos polímeros termoendurecibles producen gas cuando se calientan, a menudo se realiza una operación de desinflado después de llenar parcialmente el molde. En este paso, el molde se abre ligeramente para permitir que escape el gas y luego se cierra rápidamente para inyectar el material restante.
El moldeo por inyección proporciona mayor resistencia, mejor control dimensional y mejor condición (apariencia) de la superficie, lo que se obtiene utilizando un molde con una cavidad de membrana telescópica y un núcleo de membrana. El molde se puede abrir entre 1/8 y 1/2 pulgada durante el proceso de inyección y luego comprimirse rápidamente, tal como se cierra el molde.
Los compuestos de moldeo integrales hechos de fibra de vidrio, relleno y resina de poliéster insaturado se pueden equipar con equipos especializados adicionales en la máquina para completar el moldeo por inyección. Un alimentador de pistón está conectado al barril para forzar la alimentación, que luego puede operarse de dos maneras diferentes. Uno tiene un tornillo alternativo tradicional que empuja el material hacia adelante mientras lo mezcla y lo calienta. Esto requiere una válvula de retención al final del tornillo. Evite que el material regrese a las roscas del tornillo porque la viscosidad del material es muy baja. Otra forma es utilizar un émbolo o pistón para presionar el material dentro de la cavidad del molde. El émbolo se utiliza a menudo para materiales que contienen más del 22% de fibra de vidrio en peso porque daña menos la fibra y también puede obtener una mayor resistencia.
Otro método de proceso que se utilizó por primera vez para el moldeo de plástico termoestable es el moldeo por compresión y el moldeo por transferencia. En comparación con ellos, las ventajas y desventajas del moldeo por inyección son las siguientes:
Las ventajas del moldeo por inyección sobre el moldeo por compresión son: ciclo de moldeo más rápido (2 a 3 veces) automatización del proceso; menos cambios de productos; menores costos laborales; alta capacidad de producción.
Las desventajas del moldeo por inyección en comparación con el moldeo por compresión son: mayor inversión en equipos y moldes; El moldeo por compresión puede obtener una mayor resistencia del producto y un mejor acabado superficial.
Las ventajas de la fundición a presión se encuentran generalmente entre el moldeo por inyección y el moldeo por compresión.
Equipo
Los factores importantes en la selección de equipos para moldeo por inyección de plástico termoestable incluyen: capacidad del dispositivo de sujeción del molde y capacidad de moldeo por inyección; Sistema de control y temperatura del barril.
La selección del dispositivo de sujeción del molde con presión de cierre en toneladas debe basarse en el área de moldeo proyectada determinada del producto y el canal de flujo. El tonelaje requerido puede ser de 1,5 a 5 t/in2, dependiendo de la complejidad del producto moldeado y las materias primas utilizadas. El tamaño de los equipos oscila entre 30 y 3.000 t, y los equipos más habituales oscilan entre 100 y 600 t. El espesor de la placa de acero y la rigidez de la máquina son muy importantes. Minimiza la deformación por flexión durante la inyección, lo que dificulta la eliminación del exceso.
La capacidad de inyección de la máquina debe analizarse en función de la presión de inyección máxima requerida para llenar el molde y el volumen del material en la cavidad y el sistema de canales de flujo. La presión de inyección requerida varía desde 96,5 MPa para compuestos de moldeo integrales de poliéster hasta 207 MPa para algunos plásticos fenólicos especiales. La capacidad de inyección de la máquina suele estar indicada por el volumen teórico (el área del tornillo o pistón inyectado multiplicada por su carrera).
En general, la capacidad del equipo está determinada por el 85% del volumen del producto que el equipo puede producir. Cuando el equipo esté indicado por capacidad de producción de poliestireno, al determinar la capacidad de producción por peso de pieza se deberá tener en cuenta la diferencia de densidad entre este y los plásticos termoendurecibles.
El sistema de control popular actual es el control por computadora, que puede seleccionar la velocidad de inyección y la carga del dispositivo de sujeción. El programa de operación del proceso, el movimiento del núcleo del molde lateral hacia el molde, el ciclo de trabajo del dispositivo eyector y el control de la temperatura del cilindro y del molde. El método de configurar y registrar la alimentación de un molde específico y materias primas específicas en secuencia es extremadamente valioso. Porque hay una gran cantidad de variables en el proceso.
La temperatura del cañón se controla mediante agua caliente que fluye a través de la camisa que cubre el cañón. El control de la temperatura del molde se realiza más comúnmente mediante calentadores enchufables, pero también se puede realizar mediante vapor o aceite caliente en circulación.
La temperatura del molde altamente controlable es la más importante para obtener productos uniformes.
Las opciones de equipos comunes incluyen alimentadores para compuestos de moldeo integrales, sistemas de moldes de cambio rápido, depósitos de fluido hidráulico para inyección rápida, núcleos laterales conectados al sistema hidráulico para deslizamiento del molde, sistemas de recogida robótica y chorros de aire para eliminar las rebabas generadas durante cada moldeado. ciclo.
Debido a la baja viscosidad del polímero, fluye formando una película delgada en la línea de separación, por lo que a menudo es necesario recortar los plásticos termoestables terminados para eliminar las rebabas. La eliminación de rebabas de piezas moldeadas a menudo se realiza haciendo rodar las piezas o pasándolas a través de un dispositivo donde bolitas de plástico de alta velocidad eliminan la frágil capa rebajada.
Aplicaciones
Los principales mercados para materiales termoestables producidos mediante moldeo por inyección incluyen:
Industria del automóvil: piezas de motor, reflectores de faros y piezas de frenos.
Industria eléctrica: disyuntores, cajas de interruptores y formadores de bobinas.
Electrodomésticos: placas para horno de pan, bases para cafeteras, conmutadores de motores, carcasas de motores y carcasas para trituradores de basura.
Otros: carcasas de herramientas eléctricas, carcasas de lámparas, caudalímetros de gas y vajillas.
