coinyeccion y coextrusion trabajo

8/17/2019 Coinyeccion y Coextrusion Trabajo

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Coinyección y

Coextrusión

Diseño de Molde y Matrices

Héctor Carbayo Fernández

18/04/2016


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INTRODUCCIÓN

Gran parte de los materiales plásticos han encontrado infinidad de mercados y una asombrosa

variedad de aplicaciones en diversos campos industriales. Estos materiales poseen unas

características muy interesantes como la intercambiabilidad de piezas, excelente acabado,

propiedades eléctricas y mecánicas adecuadas, gran variedad de color, poco peso, aislamiento

térmico, rápida producción y bajo coste.

PROCEDIMIENTOS DE ELABORACIÓN

A partir de los polímeros termoplásticos y de acuerdo con el tipo de artículo que se desea

confeccionar se emplean distintos procedimientos, siendo los principales:

1) Moldeo por Soplado

Es un proceso usado para hacer formas huecas (botellas, recipientes). Un cilindro plástico de

paredes delgadas es extruido y luego cortado en el largo que se desea. Luego el cilindro se

coloca en un molde que se cierra sobre el polímero ablandado y le suprime su parte inferior

cortándola. Una corriente de aire o vapor es insuflado por el otro extremo y expande el material

hasta llenar la cavidad. El molde es enfriado para el fraguado.

2) Moldeo por Vacío

Mediante este proceso se comprime una chapa de resina termoplástica ablandada por el calor

contra un molde frío. La chapa toma y conserva la forma del molde. Este método se emplea

para revestimientos interiores (puertas de heladeras, gabinetes, etc.)


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3) Calandrado

El proceso se emplea para la fabricación de chapas y películas plásticas. Consiste en pasar un

polímero convertido en una masa blanda entre una serie de rodillos calentados. A medida que

el polímero pasa a través de los rodillos se forma" un producto uniforme. El último par do

rodillos se ajustan para dar el espesor deseado. El sistema de rodillos de enfriamiento da a las

chapas o películas su estructura molecular permanente.

4) Moldeo por inyección

Un émbolo o pistón de inyección se mueve rápidamente hacia adelante y hacia atrás para

empujar el plástico ablandado por el calor a través del espacio existente entre las paredes del

cilindro y una pieza recalentada y situada en el centro de aquél. Esta pieza central se emplea,

dada la pequeña conductividad térmica de los plásticos, de forma que la superficie de

calefacción del cilindro es grande y el espesor de la capa plástica calentada es pequeño. Bajola acción combinada del calor y la presión ejercida por el pistón de inyección, el polímero es lo

bastante fluido como para llegar al molde frío donde toma forma la pieza en cuestión. El

polímero estará lo suficiente fluido como para llenar el molde frío. Pasado un tiempo breve

dentro del molde cerrado, el plástico solidifica, el molde se abre y la pieza es retirada. El ritmo

de producción es muy rápido, de escasos segundos.


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5) Moldeo por extrusión

La extrusión de polímeros es un proceso industrial, en donde se realiza una acción de

presando, moldeado de plástico, que por flujo continuo con presión y empuje, se lo hace pasar

por un molde encargado de darle la forma deseada

En el moldeo por extrusión se utiliza un transportador de tornillo helicoidal. El polímero es

transportado desde la tolva, a través de la cámara de calentamiento, hasta la boca de descarga

o dado, en una corriente continua. A partir de gránulos sólidos o granza, el polímero emerge de

la matriz de extrusión en un estado blando. Como la abertura de la boca de la matriz tiene la

forma del producto que se desea obtener, el proceso es continuo. Posteriormente se corta en la

medida adecuada.

Las variables de control que intervienen en este proceso son la temperatura y velocidad de giro

del husillo, aunque existe una variable más sobre la que no se tiene control, que es la fricción.

Una vez arrancado el proceso, la producción es continua. A diferencia de otras técnicas

cíclicas, como la inyección. Permite obtener piezas difíciles o incosteables si se obtuvieran por

otro proceso. Y los costos de las herramientas suelen ser comparativamente más bajos que los

de los otros procesos.

El costo de las máquinas extrusoras y del equipo auxiliar es usualmente elevado. Y los

productos obtenidos por extrusión son materiales que requieren normalmente de otra

transformación para su uso final.


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A) Coextrusión

Básicamente consiste en extruir de forma simultánea varios tipos de polímeros en forma de

granza (material plástico preformado en forma de gránulos listo para su transformación), en la

proporción adecuada para conseguir una combinación de propiedades específica para cada

propósito.

Nace de la necesidad de utilizar materiales plásticos como LDPE y HDPE que poseen

propiedades muy específicas: mecánicas, ópticas, barrera al oxígeno, barrera al vapor de agua,

UV, fácil apertura, excelente estanqueidad, soldabilidad, brillo, transparencia, etc.

Actualmente todavía no existe ningún polímero de LDPE y HDPE que ofrezca dichas

propiedades por sí solo. Esta tecnología incorpora varias capas de polímeros con propiedades

diversas en un solo film flexible o lámina, permitiendo de esta manera alcanzar las propiedades

barrera necesarias para cada tipo producto, es decir, productos adaptados a las necesidades.

La coextrusión es un proceso continuo que da lugar a un semielaborado fabricado a partir de

varios materiales, pero para conseguir la asociación de éstos cada uno debe plastificarse en

una extrusora diferente.

Normalmente la unión de los materiales se realiza mediante un distribuidor de flujos, el cual

contiene las entradas de cada extrusora para formar la configuración y porcentajes de material,

y a su salida la conexión al cabezal para que la hilera aporte la forma final del producto a

fabricar. La convergencia también es posible que sea externa a la hilera.


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Cuantas más capas y materiales utilizables el proceso puede resultar más complicado. La

configuración más sencilla puede ser la fabricación de un material de 3 capas donde las capas

externas son iguales, y la del centro de otro material. Las láminas multicapa se utilizan

comercialmente de entre 2 y 5 capas, aunque es posible llegar hasta 7 o más capas. Las

piezas obtenidas con esta técnica son de espesor constante.

En la actualidad se fabrican con esta nueva tecnología diferentes productos como: film retráctil,

e industrial, fundas de paletización, lámina para ensacado y envasado, bobinas, tubo y semi-

tubo, bolsas de uso industrial y comercio, sacos, plástico agrícola, film técnico para laminar

complejos, etc.

VENTAJAS:

Combinación de propiedades específicas: Se logra optimizar las características de polímeros

más costosos (sellabilidad, adhesividad, tenacidad, brillo, etc.), minimizando la cantidad total

necesaria para cumplir un propósito específico si lo comparamos con una película monocapa

donde los componentes se encuentran mezclados.

La coextrusión con un polímero de alta resistencia puede posibilitar la obtención de espesores

sumamente pequeños, y al mismo tiempo prolongar o mejorar las propiedades fundamentales.

La resistencia mecánica final de una película coextruida es aproximadamente igual a la suma

de las resistencias de sus capas individuales.

Reducción del número de etapas de fabricación: Se reducen el número de procesos requeridospara obtener las propiedades deseadas. Así se dispone de más espacio en planta y se genera

menor cantidad de material de desecho.

Permite el reciclado de materiales: En este apartado se encuentran los materiales con la capa

central de recuperado. La coextrusión nos permite utilizar directamente en la capa central un

porcentaje no mayor al 20% de material reciclado o refilado de los bordes del proceso. Aunque

el porcentaje que se incorpora no es significativamente alto, el ahorro directo en el consumo de

materias primas y el costo final del material es importante.


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Coextrusión con capa barrera EVOH o PA (ALCION envases plásticos)

Los envases en coextrusión multicapa con

capa barrera EVOH o POLIAMIDA son la

solución más apropiada para almacenar

productos fitosanitarios como pesticidas,

fertilizantes, fungicidas, etc, ya que aseguran

una resistencia que evita la migración del

producto e impide la penetración del

oxigeno.

Evitan la migración del producto. Resistentes

a los solventes y gases. Impiden la

penetración del oxígeno. Aseguran lacontinuidad de la barrera en cualquier parte

del envase.

Adecuados para envasar fitosanitarios,

barnices, productos químicos orgánicos, etc.

Estos envases están homologados para el

transporte de mercancías peligrosas.

Resistencia térmica a procesos de

pasteurización y esterilización. Altas

propiedades barrera a gases y aromas,

que permiten una larga conservación.

Proceso natural sin necesidad de añadir

aditivos. Sellado con lámina de inducción

haciendo el envase totalmente hermético.


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B) COINYECCIÓN

El proceso de coinyección fue patentado en 1969. Inicialmente fue diseñado para ser una

alternativa al proceso estructural de espumado ya que la coinyección permitía moldear una piel

sólida obteniendo un buen acabado superficial.

Este proceso es una de las variantes del proceso de moldeo por inyección multimateria de dos

componentes. A diferencia de otros procesos multicomponente, el proceso de co-inyección se

caracteriza por su capacidad de encapsular completamente uno de los materiales inyectados.

El mecanismo del proceso consiste en inyecciones secuenciales de dos materiales diferentes a

través de la misma entrada (tobera) donde se inyecta de manera que el segundo material

queda encapsulado por el primero inyectado en 3 etapas.

Ambos polímeros pueden ser el mismo, cambiando el color, la dureza, la densidad, etc. o

pueden ser polímeros con diferente estructura química. En este último caso, deben ser

compatibles entre sí, es decir, deben tener una temperatura de fusión y viscosidad similar o de

no serlo, se pueden utilizar agentes compatibilizantes en la formulación de la resina.

La coinyección es un proceso de inyección que permite la encapsulación de un material dentro

de una capa externa de otro de forma que las distintas propiedades de los materiales utilizados

en el núcleo y en el exterior permiten conjugar unas propiedades especificas internas un

excelente acabado superficial.


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PASOS DEL PROCESO DE CO-INYECCIÓN:

Este proceso se consigue mediante el uso de máquinas con dos unidades independientes de

inyección, controladas de forma individual, y una boquilla o bloque común de inyección provisto

de un cabezal de conmutación y distribución.

El principio de este proceso consiste en inyectar dos materiales poliméricos distintos,

provenientes de dos unidades de inyección independientes, e inyectarlos uno detrás de otro o

de forma simultánea dentro de la cavidad del molde. Debido al comportamiento de flujo de los

materiales fundidos y a la solidificación del material externo, se produce la formación de una

capa fría del primer material inyectado que va creciendo a medida que la pieza enfría. El

material del núcleo, todavía fundido, fluye entre las capas frías del material solidificado,

empujando al primer material hacia los extremos de la cavidad

Debido al perfil de tipo fuente (trayectoria hacia fuera de las moléculas de la región central

hacia las paredes límites) del avance del frente de flujo el material externo que avanza en la

primera posición del frente se va adhiriendo a las paredes adyacentes del molde. Finalmente,

se introduce una pequeña cantidad del material inicial para purgar el material interno del canal

de alimentación y eliminar el material interno de la superficie de la pieza.

Cuando no se procesan las cantidades adecuadas de cada uno de los materiales,

frecuentemente el material externo es sobrepasado por el material interno durante el proceso

de llenado, produciéndose el efecto conocido como brecha del material interno (fenómeno

break through).

La relación de viscosidad entre el material externo y el material del núcleo juega un papel muy

importante en la formación de la región interfacial, afectando sobre todo al espesor de la capa

externa y su uniformidad, por lo que se trata de uno de los principales parámetros de estudio.

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El uso de esta tecnología supone muchas ventajas importantes, ya que por ejemplo el uso de

los caros y complejos aditivos sólo en la superficie de una pieza permite reducir los costes y

según algunos autores puede mejorar la efectividad de los mismos.

TÉCNICAS DE COINYECCIÓN

1) Inyección secuencial.

Consiste en inyectar cada uno de los materiales de manera alterna, es decir, primero se inyecta

el material externo y cuando acaba su inyección se inyecta el material del núcleo.

-Técnica del canal único: Primero se inyecta el material de la piel y después el material del

núcleo. En el punto de cambio de un material a otro se produce una caída de presión en el

molde, esto es una limitación de la técnica pudiendo producir defectos en la superficie de la

pieza. Se utiliza para secciones gruesas, y los espesores de los materiales se controlan

mediante parámetros de inyección y las viscosidades.

-Técnica monosándwich: En esta técnica se introduce

los componentes mediante una inyectora estándar. Se

consigue mediante la fusión del material de la piel a

través de una extrusora, este material fundido es

conducido gracias a un sistema especial de cámara

caliente a la parte delantera del husillo de la inyectora,

dicho material fundido empuja el husillo hacia atrás.

Cuando en el husillo de ha acumulado el suficiente

material, el husillo empieza a girar para alimentar el

material del núcleo, una vez plastificado el material del núcleo, la inyectora introduce los dos

materiales en el molde de forma convencional.

Las ventajas principales de esta técnica son, la primera que se puede utilizar una máquina de

inyección totalmente convencional, sola hace falta una extrusora al lado de la inyectora, y la

segunda es la rapidez de cambio de color y material comparado con otras técnicas.

El inconveniente es que al inyectar con una sola unidad de inyección, hay un mal control de la

configuración piel/núcleo cuando la forma del molde es compleja.

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-Doble flujo (TWINSHOT): Técnica de coinyección bimateria con un único conjunto de

inyección. Este sistema es aplicable a una máquina de inyección estándar mediante un

proceso de inyección normal, esto es posible gracias a que utiliza un husillo de geometría

especial, de forma que se consiguen plastificar e inyectar dos flujos independientes.

En el husillo especial TWINSHOT existen dos secciones bien diferenciadas, una para el

material exterior y otra para el material interior. El llenado del molde hace que el material

exterior recubra la superficie de la cavidad y se enfríe, mientras que el material interior rellena

el núcleo de la pieza. El grueso de ambas capas de material se regula variando la carga de la

máquina y la velocidad del husillo.

Control gravimétrico: Ambos componentes se inyectan en el molde en una misma carrera de

husillo. Los materiales están dispuestos uno detrás del otro de manera que el componente

situado delante es desplazado por el que le sigue, resultando así la capa exterior de estructura

sándwich. La cantidad exacta de material se dosifica mediante un controlador.

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2) Inyección simultánea.

Esta inyección de cada uno de los materiales de manera simultánea, primero se inyecta elmaterial externo y antes de finalizar su inyección se inyecta el material del núcleo, es decir,

durante un corto periodo de tiempo se inyectan ambos materiales al mismo tiempo.

Técnica de dos canales: Inicialmente en este proceso se inyecta plástico fundido del material

de la piel en la cavidad, después de 0.1-0.3 segundos, el núcleo es inyectado y durante un

momento hay una inyección simultánea de ambos componentes. El material del núcleo es el

que desplaza al material de la piel contra las paredes de la cavidad donde se enfría y se

solidifica. En la etapa final, se inyecta material del núcleo aunque a veces se inyecta material

de la piel para encapsular el núcleo y cerrar la pieza. Se usan dos unidades de inyección, las

cuales se juntan a través de una boquilla especial. La fase de inyección simultánea de la piel y

el núcleo evita problemas producidos por la técnica de canal único, ya que mantiene constante

la velocidad del flujo. La caída de presión que se produce es menor en la inyección simultánea

que en la secuencial.

Técnica de tres canales: En esta técnica, el canal adicional se utiliza para la piel, para

mantener el espesor de la piel en esta área. El canal adicional puede alcanzar el lado opuesto

del molde, permitiendo regular las dos superficies por separado y controlar el espesor de la

superficie.

3) Inyección combinada.

A diferencia con los otros dos, esta inyección se puede considerar secuencial o simultánea

dependiendo de la programación de la fase de inyección de cada una de las etapas.

Sándwich: Técnica que requiere dos unidades de plastificación y de un dispositivo que

controle la conmutación de los dos flujos. Las dos unidades inyectoras están conectadas a una

boquilla especial y desde allí se inyectan al molde. Está dividida en tres fases:

En la primera etapa (a) se llena la cavidad parcialmente de material de la piel, después en la

segunda etapa (b) se inyecta el componente del núcleo a través del alma plástica del material


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incorporado. Por último, la tercera etapa (c) con el primer componente se produce el cierre del

bebedero. Dependiendo de la programación de la fase de la inyección de cada una de las

inyectoras se puede tener inyección secuencial o simultánea.

PRINCIPALES VENTAJAS :

1. Utilización de un volumen elevado de material reciclado o fuera normas.

2. Utilización de materiales estructurales en el interior y cosméticos en el exterior.

3. Combinación de distintos materiales que mejoren las características de la pieza para obtener

una superficie blanda en el exterior, con un interior rígido, o un material rígido en el exterior con

un interior resistente al impacto.

4. Posibilidad de espumar el interior obteniendo ventajas tales como la reducción del peso de la

pieza, eliminación de deformaciones y rechupes, menores tensiones en la pieza, menor tamaño

de máquina necesario y muy buen acabado superficial.

5. Oportunidad de reducir el uso de materiales técnicos de coste elevado utilizando materiales

de bajo costo para el núcleo.

APLICACIONES FINALES / MERCADOS:

Automoción en parachoques y componentes del interior del

coche (palancas de engranaje, volante

Fontanería en mandos, componentes del grifo e inodoros

Electrodomésticos en tiradores y paneles de puertas.

Mobiliario de jardín

Letreros urbanos

Posibilidad de utilizar polímero reciclado como núcleo de la

pieza y material aislante en la parte de la piel, por ejemplo en

un interruptor, un enchufe o una caja de fusible, donde el

material de la piel es un PBT o PS y el núcleo es un PP

reciclado
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