6.5. Moldeo por inyección

6.5.0. Introducción • Es la técnica de moldeo más utilizada con materiales poliméricos.

• Técnica discontinua: llenado a presión del molde + enfriamiento + desmoldeado.

• Aplicación:

o Termoplásticos cristalinos (Tdesmoldeado<Tfc) y amorfos (Tdesmoldeado<Tg).

o Duroplásticos (tiempo en molde suficiente para reticulación).

o Elastómeros (tiempo en molde suficiente para reticulación).

6.5.1. Moldeo de termoplásticos 1. Unidad de inyección:

o Plastifica el material mediante husillo (similar a extrusoras monohusillo).

o Tipos:

a) Husillo alternativo (reciprocating screw injection unit, RSIU):

i. Plastificación y acumulación de material plastificado mediante giro y retroceso del husillo:

ii. Inyección a gran velocidad (tiro o disparo, shot). La

válvula antirretorno impide el retroceso del material.

Regulación del movimiento por velocidad de inyección y presión máxima admisible en el molde (hasta 200MPa).

grpb Transparencias de clase. 6.5 Moldeo por inyección 1 de 13

iii. Se mantiene la presión en el molde, inyectando más

material durante inicio de cristalización y contracción.

iv. Separación del molde, y comienzo de nuevo ciclo de plastificación mientras la pieza termina el enfriamiento en el molde.

b) Unidades de dos etapas:

Ventajas: mayor capacidad de producción, mayores presiones alcanzadas, más preciso control del volumen inyectado Preferidas para piezas complicadas de paredes finas.

Desventajas: mayor coste, menor homogeneidad del material, mayor riesgo de degradación.

o Características más importantes: volumen máximo de tiro (shot size) y máxima presión.

grpb Transparencias de clase. 6.5 Moldeo por inyección 2 de 13

2. Unidad de cierre:

o Es una prensa que debe soportar la presión de compactación del material en el molde.

o Tipos:

a) Hidráulicas:

b) Mecánicas e hidromecánicas. Las mecánicas puras apenas

utilizadas.

o Características más importantes: dimensiones máximas de los moldes y

fuerza de cierre (hasta 1000 ton en hidráulicas y superior en hidromecánicas).

3. Molde:

o Dividido en 2 semimoldes ó más partes. Pueden incluir cavidades para moldear varias piezas en un mismo tiro.

o Molde con dos partes:

grpb Transparencias de clase. 6.5 Moldeo por inyección 3 de 13

o Molde con tres partes (o más): facilita el desprendimiento del material solidificado en los canales (runners) y de la mazarota:

o Componentes de los moldes:

Mazarota y canales. En los moldes convencionales el material solidificado aquí se recicla.

Estrangulaciones o entradas (gates) de las cavidades. Efectos que producen:

• Incremento de la velocidad de deformación en ese punto (incluso superior a 104 s-1).

• Hinchamiento de la vena líquida: mojado de las paredes y formación en la cavidad de capas que se van consolidando por cuyo interior circula el material, más caliente.

• Efecto de tapón anti-retroceso: adelantan la consolidación del material en ese punto por enfriamiento más rápido al ser la sección pequeña. Permite separar la pìquera de la boquilla de inyección antes de consolidado todo el material de la cavidad.

• Facilitan el desprendimiento del material solidificado en los canales.

Tipos:

grpb Transparencias de clase. 6.5 Moldeo por inyección 4 de 13

• NO DEBEN producir chorros que produzcan salpicaduras (que después no sueldan con la masa), para ello:

• Bien la sección de la estrangulación no debe ser demasiado pequeña (si se quiere reducir el caudal, debe aumentarse la longitud de la estricción).

• Bien se hace que el flujo entre directamente en contacto con la pared, p.ej. entrada tangencial.

Cavidades: donde se forman las piezas. Las superficies pueden tener diferentes acabados, pudiendo obtenerse superficies brillantes o mate. Las dimensiones son superiores a las definitivas de la pieza, por la contracción.

Agujas eyectoras.

Taladros de venteo (~ Φ 25 µm) o rendijas (~ 12-18 µm) que dejan salir el aire de la cavidad. Pueden substituirse por la holgura en los taladros de las agujas eyectoras.

4. Ciclo de producción:

Unidad de inyección Unidad de cierre Molde

Cierre del molde.

Ajuste de la piquera a la boquilla.

Desplazamiento del pistón

Inyección

Mantenimiento de la presión

Consolidación bajo presión

Se cierra la válvula

Mantenimiento de la fuerza de cierre

Separación de la boquilla.

Enfriamiento en el molde

Expulsión de la pieza moldeada, de mazarota y material de conductos.

Giro y retroceso del husillo para plastificación y acumulación del material.

Apertura del molde

Calentamiento del molde si necesario

grpb Transparencias de clase. 6.5 Moldeo por inyección 5 de 13

6.5.2. Retracción, tensiones residuales y anisotropía • Ecuación de estado del material o curvas pvT:

• Modelo del proceso empleando las curvas del material:

• Contracción final:

D

E

D

ED

vv1

mv)vm(v

VΔV

−=−

=

grpb Transparencias de clase. 6.5 Moldeo por inyección 6 de 13

o Si no se hubiera mantenido el molde presurizado, la contracción final habría sido mayor:

A

E

presurizar SIN vv1

VΔV

−=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

o Aconsejado: Ejercicio 6.8.

• Tensiones residuales: por deformaciones impedidas y por diferencias de temperatura entre zonas al empezar la compactación.

• Anisotropía según las líneas de flujo del fundido:

o a nivel molecular

o de refuerzos o cargas:

Secciones de PP+GF inyectado

grpb Transparencias de clase. 6.5 Moldeo por inyección 7 de 13

6.5.3. Presión de inyección y fuerza de cierre • Presión de cierre: el valor máximo es el mantenido durante la compactación

(packing time).

F=p·A

• Sistema de control:

o Mismas condiciones en cada inyección.

o Sondas de:

presión y temperaturas en cilindro, conductos y molde.

Posición del pistón (ó del husillo).

o Control de:

a) Velocidad de llenado: la velocidad influye en la anisotropía, contracción, y acabado.

b) Presión de compactación. Necesidad de presión alta (~ 10-100MPa), en general.

Inyección a baja presión: en el caso de espumas, en moldeo asistido por gases, en moldeo de piezas de encapsulado de componentes electrónicos, procesos optimizados con espesores gruesos…

c) Temperatura en la cámara antes de la inyección.

d) Temperatura del molde:

• Si demasiado baja:

• Inhomegeneidades de cristalinidad: tensiones residuales por diferencias de contracción.

• Baja cristalinidad: problema de post-cristalización.

• Deficientes soldaduras de las corrientes de fundido (se realizarían con alta viscosidad…).

grpb Transparencias de clase. 6.5 Moldeo por inyección 8 de 13

• Problema de envejecimiento físico.

• Si demasiado alta:

• Pieza demasiado deformable en el momento de la eyección.

• Menor velocidad de enfriamiento (bajo ritmo de producción).

• Peligro de descomposición (calentamiento del polímero en conductos…).

• Ventana térmica para cada material: intervalo de condiciones admisibles para cada material. Ejemplos: de ~50ºC en PP y 5ºC en PET.

• Ciclo de llenado: se ha encontrado conveniente realizar:

1) Etapa de control de velocidad de llenado con secuencia de varias velocidades.

2) Cambio a control en presión (dos posibilidades: controlar la presión en el cilindro o en la cavidad del molde).

grpb Transparencias de clase. 6.5 Moldeo por inyección 9 de 13

6.5.4. Sistemas de canales calientes • En moldes convencionales: reciclado del material de mazarota y solidificado en

canales.

• Sistemas de canales calientes o de torpedos atemperados:

o El material sigue solidificando en las puertas en cada ciclo, pero no en

los canales.

o Ventajas:

Reducción del material a reciclar.

Reducción del consumo de energía para plastificar ese material.

Incremento de la productividad por eliminación del tiempo de espera de solidificación de los canales (cuando éste es más largo que el de la pieza).

Mejor calidad en materiales muy sensibles a la temperatura de procesado.

o Este sistema es de uso generalizado.

6.5.5. Aplicaciones del moldeo por inyección • Es la técnica más empleada.

• Para termoplásticos reforzados con fibras las presiones son muy superiores a termoplásticos no reforzados (mucho mayor viscosidad) y se produce mayor desgaste de la máquina. Generalmente se emplean fibras cortas (0.2-0.4mm), pero pueden emplearse fibras largas con modificaciones en la máquina (~10mm, el tamaño de la granza producida por pultrusión) [BMC, bulk molding compounds].

grpb Transparencias de clase. 6.5 Moldeo por inyección 10 de 13

Engranajes de PA+GF.

6.5.5.1 Moldeo de espumas estructurales termoplásticas • Mezcla de polímero + espumante antes de la inyección.

• No se rellena el molde completamente durante la inyección.

• Bajas presiones (las producidas por el gas generado).

• La densidad se controla con la dosificación del agente espumante.

• Pueden moldearse elementos con distribución de densidad no uniforme.

Panel de puerta, consola y soporte para bomba de EPP.

grpb Transparencias de clase. 6.5 Moldeo por inyección 11 de 13

6.5.5.2 Moldeo por inyección asistido por gases • Inyección de la masa de polímero sin llenar completamente el molde +

inyección de gas.

• El gas desplaza el material más caliente (menos viscoso).

• Parámetros:

o Tiempo transcurrido entre inyección del plástico y del gas.

o Caudal de gas.

o Presión máxima.

• Calidad superficial buena (posibles inrregularidades internas).

• Ejemplos: asideros sobre cabeza en vehículos.

6.5.5.3. Inyección de multicomponentes (biinyección) • Proceso: inyección de una primera pieza en un molde + se incluye esta primera

pieza dentro de un nuevo molde y se inyectan nuevas partes (la primera pieza puede contener cavidades, puede ser un injerto…). Para cada parte añadida se emplea un bebedero.

• Ejemplos de aplicación:

o Elemento con diferentes materiales.

o Elemento con diferentes colores. Por ejemplo, pilotos traseros de vehículos sobre preforma incolora.

o Con materiales incompatibles, elementos que pueden deslizar. Ejemplo: rótulas esféricas (preforma) y alojamientos (postinyección).

grpb Transparencias de clase. 6.5 Moldeo por inyección 12 de 13

Moldeo de piezas de plástico sobre carcasa metálica

6.5.6. Moldeo por inyección de polímeros duroplásticos • Diferencias:

o El husillo tiene la función añadida de mezclar los componentes (polvo, granza o masa plástica previamente preparada en malaxadora).

o Dentro del cilindro se evita el calentamiento del fundido para que no se inicie la reticulación.

o El molde se mantiene caliente (~ 100ºC por encima de la cabeza inyectora), para completar reticulación.

o Expulsión de las piezas calientes.

Elementos de material elastomérico.

grpb Transparencias de clase. 6.5 Moldeo por inyección 13 de 13