INTRODUCCION

Los plásticos se pueden encontrar en diversas aplicaciones de la vida actual, son

versátiles, fáciles de fabricar y muy económicos. El uso del plástico es cada día más

común debido a que se pueden reemplazar a muchos materiales como madera, metal,

papel, caucho, cerámica, vidrio, entre otros.

Es muy difícil mirar hacia algún lado y no encontrar objetos fabricados con

materiales plásticos, los cuales se han convertido en elemento de uso cotidiano en el

mundo moderno. El proceso de extrusión es uno de los más significativos en la

industria de transformación de plástico.

El núcleo de un extrusor es un husillo o tornillo que gira dentro de un barril o

cilindro, y es capaz de bombear (empujar) un material a una velocidad específica,

bajo ciertas condiciones de operación.

Los materiales utilizados en el proceso de extrusión son, por lo general,

termoplásticos. Estos materiales se suavizan cuando se calientan y se transforman en

fluido, que posteriormente se endurecen cuando se enfrían y se transforman en

sólidos.

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EXTRUSIÓN DE PLÁSTICOS

 La palabra extrusión proviene del latín "extrudere" que significa forzar un

material a través de un orificio, 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 (o en estado ahulado) es forzado a pasar a través de

un dado también llamado boquilla, por medio del empuje generado por la acción

giratoria de un husillo (tornillo de Arquímedes) 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.

Ventajas

Presenta alta productividad y es el proceso más importante de

obtención de formas plásticas en volumen de producción.

Su operación es de las más sencillas, ya que una vez establecidas las

condiciones de operación, la producción continúa sin problemas siempre

y cuando no exista un disturbio mayor.

El costo de la maquinaria de extrusión es moderado, en comparación

con otros procesos como inyección, soplado o Calandrado, y con una

buena flexibilidad para cambios de productos sin necesidad de hacer

inversiones mayores.

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Restricciones

La restricción principal es que los productos obtenidos por extracción deben

tener una sección transversal constante en cualquier punto de su longitud (tubo,

lámina) o periódica (tubería corrugada); quedan excluidos todos aquellos con formas

irregulares o no uniformes. La mayor parte de los productos obtenidos de una línea de

extrusión requieren de procesos posteriores con el fin de habilitar adecuadamente el

artículo, como en el caso del sellado y cortado, para la obtención de bolsas a partir de

película tubular o la formación de la unión o socket en el caso de tubería.

Aplicaciones Actuales

A continuación, se enlistan productos que encuentran en el mercado,

transformados por el proceso de extrusión:

Película tubular, Bolsa (comercial, supermercado), Película plástica para uso

diverso, Película para arropado de cultivos, Bolsa para envase de alimentos y

productos de alto consumos.

 Tubería, Tubería para condición de agua y drenaje, Manguea para jardín

Manguera para uso médico, Alambre para uso eléctrico y telefónico.

Perfil, Hojas para persiana, Canales de flujo de Agua.

Lámina y Película Plana, Rafia, Manteles para mesa e individuales, Cinta,

Adhesiva, Flejes para embalaje.

Monofilamento, Filamentos, Alfombra.

Descripción del Proceso

Dentro del proceso de extrusión, varias partes debe identificarse con el fin de

aprender sus funciones principales, saber sus características en el caso de elegir un

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equipo y detectar en donde se puede generar un problema en el momento de la

operación.

La extrusión, por su versatilidad y amplia aplicación, suele dividirse en varios

tipos, dependiendo de la forma del dado y del producto eximido.

Independientemente del tipo de extrusión que se quiera analizar, todos guardan

similitud hasta llegar al dado extrusor. Básicamente, una de extrusión consta de un eje

metálico central con alabes helicoidales llamado husillo o tornillo, instalado dentro de

un cilindro metálico revestido con una camisa de resistencias eléctricas.

En un extremo del cilindro se encuentra un orificio de entrada para la materia

prima, donde se instala una tolva para la materia prima, donde se instala una tolva de

alimentación, generalmente de forma cónica; en ese mismo extremo se encuentra el

sistema de accionamiento del husillo, compuesto por un motor y un sistema de

reducción de velocidad.

En la punta del tornillo, se ubica la salida del material y el dado que forma

finalmente plástico.

Descripción del Equipo

Tolva: La tolva es el depósito de materia prima en donde se colocan los

pellets de material plástico para la alimentación continua del extrusor.

Debe tener dimensiones adecuadas para ser completamente funcional; los diseños mal

planeados, principalmente en los ángulos de bajada de material, pueden provocar

estancamientos de material y paros en la producción.

En materiales que se compactan fácilmente, una tolva con sistema vibratorio

puede resolver el problema, rompiendo los puentes de material formados y

permitiendo la caída del material a la garganta de alimentación.

Si el material a procesar es problemático aún con la tolva con sistema vibratorio

puede resolver el problema, rompiendo puentes de material formados y permitiendo

la caída del material a la garganta de alimentación.

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Si el material a procesar es problemático aún con la tolva en vibración, la tolva

tipo crammer es la única que puede formar el material a fluir, empleando un tornillo

para lograr la alimentación.

Las tolvas de secado son usadas para eliminar la humedad del material que está

siendo procesado, sustituyen a equipos de secado independientes de la máquina.

En sistemas de extrusión con mayor grado de automatización, se cuenta con

sistemas de transporte de material desde contenedores hasta la tolva, por medios

neumáticos o mecánicos. Otros equipos auxiliares son los dosificadores de aditivos a

la tolva y los imanes o magnetos para la obstrucción del paso de materiales ferrosos,

que puedan dañar el husillo y otras partes internas del extrusor.

Barril o Cañón: Es un cilindro metálico que aloja al husillo y constituye el

cuerpo principal de una máquina de extrusión, conforma, junto con el tornillo de

extrusión, la cámara de fusión y bombeo de la extrusora. En pocas palabras es la

carcasa que envuelve al tornillo. El barril debe tener una compatibilidad y resistencia

al material que esté procesando, es decir, ser de un metal con la dureza necesaria para

reducir al mínimo cualquier desgaste.

La dureza del cañón se consigue utilizando aceros de diferentes tipos y cuando

es necesario se aplican métodos de endurecimiento superficial de las paredes internas

del cañón, que son las que están expuestas a los efectos de la abrasión y la corrosión

durante la operación del equipo.

El cañón cuenta con resistencias eléctricas que proporcionan una parte de la

energía térmica que el material requiere para ser fundido. El sistema de resistencias,

en algunos casos va complementado con un sistema de enfriamiento que puede ser

flujo de líquido o por ventiladores de aire. Todo el sistema de calentamiento es

controlado desde un tablero, donde las temperaturas de proceso se establecen en

función del tipo de material y del producto deseado.

Para la mejor conservación de la temperatura a lo largo del cañón y prevenir

cambios en la calidad de la producción por variaciones en la temperatura ambiente, se

acostumbra aislar el cuerpo del cañón con algún material de baja conductividad

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térmica como la fibra de vidrio o el fieltro. En el diseño de todo cilindro de extrusión

se busca:

Máxima durabilidad.

Alta transferencia de calor.

Mínimo cambio dimensional con la temperatura.

En la fabricación de cilindros de extrusión tales exigencias logran ser cubiertas

utilizando materiales tales como: Xaloy 101 (para extrusoras de propósito general,

procesamiento de PEAD y PEBD), Xaloy 800 (para el procesamiento de PELBD), ó

Xaloy 306 (para productos corrosivos, como los copolímeros ácidos).

Husillo: Gracias a los intensos estudios del comportamiento del flujo de los

polímeros, el husillo ha evolucionado ampliamente desde el auge de la industrial

plástica hasta el grado de convertirse en la parte que contiene la mayor tecnología

dentro de una máquina de extrusión.

Por esto, es la pieza que en el alto grado determina el éxito de una operación de

extrusión. Con base al diagrama, se describen a continuación las dimensiones

fundamentales para un husillo y que, en los diferentes diseños, varían en función de

las propiedades de flujo de polímero fundido que se espera de la extrusora.

Cilindros con Zonas Acanaladas: Son cilindros de extrusión que poseen una

superficie interna con canales de formas específicas. Zonas acanaladas ubicadas en la

etapa de alimentación de los cilindros de extrusión, suelen ser utilizadas para

favorecer el procesamiento de resinas de bajo coeficiente de fricción (Ej.-HMW

PEAD y PP). Para ser transportado hacia adelante, el material no debe girar junto con

el tornillo, o al menos debe girar a una menor velocidad que el tornillo. La única

fuerza que puede evitar que el material de vueltas junto con el tornillo y, por tanto

hacer que el material avance a lo largo de la camisa, es la fuerza de arrastre o fricción

entre el material y la superficie interna de la camisa. A mayor fricción menor rotación

del material junto con el tornillo y, por lo tanto, más movimiento hacia delante. El

caudal se hace tanto mayor cuanto mayor sea el coeficiente de rozamiento del sólido

con la carcasa con respecto al del sólido con el eje del tornillo. Por ello las carcasas

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de las extrusoras en la sección de alimentación suelen “rasurarse” según las

generatrices del cilindro.

Existe un variado diseño de zonas de alimentación acanaladas; sin embargo, las

de canales de sección cuadrado maximizan el volumen de material alimentado. Las

zonas de alimentación acanaladas permiten controlar el coeficiente de fricción

polímero-cilindro mediante la geometría reduciendo la sensibilidad con respecto a la

temperatura y las propiedades termodinámicas de las resinas. Por otro lado, las zonas

de alimentación acanaladas permiten incrementar el volumen de la sección de

alimentación, acelerando así la fusión; con lo que se logran importantes aumentos en

el caudal de extrusión.

Control de la temperatura en los cilindros: Sistema de calentamiento del

cilindro: El calentamiento del cilindro se produce, casi exclusivamente, mediante

resistencias eléctricas.

El sistema de calentamiento de la extrusora es responsable de suministrar entre un

20-30% del calor necesario para fundir la resina. Para suministrar el calor requerido,

el calentamiento suele ser de 25 a 50 vatios/in2 (38750 a 77500 W/m2).

Sistema de enfriamiento del cilindro: Aunque pueda lucir contradictorio, cada

zona de calentamiento del tornillo de la extrusora está acompañada, en la mayor parte

de los equipos comerciales, de un ventilador el cual permite el control de la

temperatura eliminando calor de la extrusora mediante el flujo de aire sobre la

superficie requerida. Los ventiladores son accionados por controladores de

temperatura que comandan la operación de los calefactores eléctricos. Los

ventiladores entran en operación cuando la temperatura de una zona supera el punto

prefijado, por efecto de:

La transferencia excesiva de calor por parte de la resistencia (Ej.- Durante el

arranque de la máquina).

La generación excesiva de calor por parte de los elementos de mezclado

presentes en el tornillo de la extrusora.

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La temperatura de extrusión sólo puede ser controlada de manera precisa

mediante la acción combinada de las bandas de calentamiento eléctrico y los

ventiladores de cada zona.

Importancia de la Temperatura en la Fase de Alimentación de la Resina

Sistema de enfriamiento de la garganta: Con la mayor parte de los materiales

poliméricos, y en especial las poliolefinas, es necesario mantener la temperatura de la

zona de alimentación al tornillo, conocida como "garganta de alimentación", al menos

a 50°C por debajo de la temperatura de fusión del polímero. Una temperatura muy

baja en la zona de alimentación impide que la fusión de la resina produzca la

adhesión de la misma a la superficie del tornillo; minimizando el flujo de material por

arrastre, y por lo tanto el caudal extruido.

Generalmente, el uso de agua corriente permite mantener la temperatura de la

garganta en los límites deseados (Tm-50°C); sin embargo, en ambientes calientes y

con equipos de alto caudal de producción puede requerirse el uso de agua enfriada en

torres o incluso, refrigerada.

El Motor: El motor de la extrusora es el componente del equipo responsable de

suministrar la energía necesaria para producir: la alimentación de la resina, parte de

su fusión (70 a 80%), su transporte y el bombeo a través del cabezal y la boquilla.

Los motores incorporados en las líneas de extrusión son eléctricos y operan con

voltajes de 220 y 440 V. Las extrusoras modernas emplean motores DC (corriente

continua), ya que permiten un amplio rango de velocidades de giro, bajo nivel de

ruido y un preciso control de la velocidad. Se recomienda que la potencia de diseño

sea de 1 HP por cada 10 a 15 Ib/h de caudal, sin embarco para las aplicaciones fíe alto

requerimiento de mezclado esta relación puede llegar a ser de 1HP porcada 3a5 lb/h.

La velocidad alcanzada por los motores resulta más elevada que la requerida por el

tornillo. Las cajas reducen la velocidad hasta en un 20:1.

El Cabezal: El componente de la línea denominado cabezal, es el responsable de

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conformar o proporcionar la forma del extrudado. De forma detallada, los principales

componentes de un cabezal para la extrusión son:

Plato rompedor y filtros: Constituyen el punto de transición entre la extrusora y

el cabezal. A estos componentes les corresponde una parte importante de la calidad

del material extrudado. El plato rompedor es el primer elemento del cabezal destinado

a romper con el patrón de flujo en espiral que el tornillo imparte; mientras que la

función de los filtros es la de eliminar del extrudado partículas y/o grumos

provenientes de impurezas, carbonización, pigmentos y/o aditivos, etc

En lo que respecta a su diseño, el plato rompedor no es más que una placa

cilíndrica horadada. Por otro lado, las mallas deben ser fabricadas con acero

inoxidable, ya que las compuestas con cobre o bronce tienen un efecto catalítico

sobre las reacciones termo-oxidativas. Torpedo: Algunos cabezales de extrusión

suelen presentar en el ducto de acople entre la extrusora y el cabezal, un elemento que

contribuye con la función del plato rompedor (modificar el patrón de flujo en espiral

a uno longitudinal). Por su geometría, a este dispositivo se le suele denominar

torpedo.

Boquilla: La boquilla de extrusión es el componente del cabezal encargado de

la conformación final del extrudado. Se debe velar por que el polímero fluya, con

volumen y velocidad de flujo uniforme, alrededor de toda la circunferencia de la

boquilla, de manera de lograr espesores uniformes. Los diseños actuales de boquillas

presentan dos secciones claramente definidas. La primera de estas secciones es

conocida como: cámara de relajación; mientras que la segunda puede ser llamada

cámara de salida (die land). La cámara de relajación de la boquilla tiene como

propósito producir la desaceleración del material e incrementar el tiempo de

residencia en la boquilla de manera tal que el polímero relaje los esfuerzos impartidos

por el paso a través de los paquetes de filtros y el plato rompedor. La cámara de

descarga, produce el formado del perfil deseado con las dimensiones requeridas. Los

parámetros básicos para la especificación de una boquilla son:

El diámetro y la abertura de la salida, Adaptadores: Son requeridos cuando la

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boquilla no es diseñada específicamente para un determinado extrusor. Debido a que

los fabricantes de extrusoras y boquillas no siempre son los mismos, el uso de

adaptadores suele ser común.

Alabes o Filetes o Paleta Pistón: Los alabes o filetes, que recorren el husillo de

un extremo al otro, son los verdaderos impulsores del material a través del extrusor.

Las dimensiones y formas que éstos tengan, determinará el tipo de material que se

pueda procesar y la calidad de mezclado de la masa al salir del equipo.

En un tornillo de extrusión se pueden distinguir tres zonas características: zona de

alimentación, zona de compresión y la zona de dosificación

Zona de Alimentación: En esta parte, los filetes (distancia entre el extremo

del filete y la parte central o raíz del husillo) son muy pronunciados con el

objeto de transportar una gran cantidad de material al interior del extrusor,

aceptado el material sin fundir y aire que está atrapado entre el material

sólido.

Zona de compresión: los filetes del tornillo decrecen gradualmente

(compactación) y se expulsa el aire atrapado entre los pellets. Cumple la

función de fundir y homogenizar el material. 

Zona de dosificación: Ejerce presión sobre el material para dosificarlo hacia

el cabezal y garantiza que el material salga de la extrusora homogéneo, a la

misma temperatura y presión.

a) Relación de Compresión: Como la profundidades de los alabes no son constantes,

las diferencias que diseñan dependiendo del tipo de material a procesar, ya que los

plásticos tienen comportamiento distintos al fluir. La relación entre la profundidad

del filete en la alimentación y la profundidad del filete en la descarga, se

denomina relación de compresión. El resultado de este cociente es siempre mayor

a uno y puede llegar incluso hasta 4.5 en ciertos materiales.

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b) Longitud: Tienen una importancia especial; influye en el desempeño productivo

de la máquina y en el costo de ésta. Funcionalmente, al aumentar la longitud del

husillo y consecuentemente la del extrusor, también aumenta la capacidad de

plastificación y la productividad de la máquina. Esto significa que operando dos

extrusores en las mismas condiciones de rpm. y temperatura que sólo se distingan

en longitud no tenga capacidad de fundir o plastificar el material después de

recorrer todo el extrusor, mientras que el extrusor de mayor longitud ocupará la

longitud adicional para continuar la plastificación y dosificará el material

perfectamente fundido, en condiciones de fluir por el dado.

Otro aspecto que se mejora al incrementar la longitud es la calidad de mezclado y

homogeneización del material. De esta forma, en un extrusor pequeño la longitud

es suficiente para fundir el material al llegar al final del mismo y el plástico se

dosifica mal mezclado. En las mismas condiciones, un extrusor mayor fundirá el

material antes de llegar al final y en el espacio sobrante seguirá mezclando hasta

entregarlo homogéneo. Esto es importante cuando se procesan materiales

pigmentado o con lotes maestros (master batch), de cargas o aditivos que

requieran incorporarse perfectamente en el producto.

c) Diámetro: Es la dimensión que influye directamente en la capacidad de

producción de la máquina generalmente crece en proporción con la longitud del

equipo. A diámetros mayores, la capacidad en Kg/hr es presumiblemente

superior. AI incrementar esta dimensión debe hacerlo también la longitud de

husillo, ya que el aumento de la productividad debe ser apoyada por una mejor

capacidad de plastificación. Como consecuencia de la importancia que tienen la

longitud y el diámetro del equipo, y con base en la estrecha relación que guardan

entre sí, se acostumbre especificar las dimensiones principales del husillo como

una relación longitud / diámetro (L/D). Comercialmente las relaciones L / D más

comunes van desde 16:1 a 32:1. Fuera de este rango también está disponible.

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Técnicas para Extrusión

Entre las técnicas para extrusión de polímeros se encuentran las siguientes:

Extrusores de un sólo Husillo

Los extrusores más comunes utilizan un sólo husillo en el cañón. Este husillo

tiene comúnmente una cuerda, pero puede tener también 2 y este forma canales en los

huecos entre los hilos y el centro del husillo, manteniendo el mismo diámetro desde la

parte externa del hilo en toda la longitud del husillo en el cañón.

La división más común para extrusores de un sólo husillo consiste en 4 zonas,

desde la alimentación hasta la salida por el dado del material:

1. Zona de alimentación: En esta parte ocurre el transporte

de gránulos sólidos y comienza la elevación de temperatura del

material

2. Zona de compresión: En esta zona, los gránulos de polímero son

comprimidos y están sujetos a fricción y esfuerzos cortantes, se logra

una fusión efectiva

3. Zona de distribución: Aquí se homogeniza el material fundido y

ocurren las mezclas.

4. Zona de mezcla: En esta parte que es opcional ocurre un mezclado

intensivo de material, en muchos casos no se aconseja porque puede

causar degradación del material.

Los husillos pueden tener también dentro de algunas de sus zonas principales

elementos dispersivos y elementos distributivos.

Distribución: Logra que todos los materiales se encuentren igual proporción en

la muestra

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Dispersión: Logra que los componentes no se aglomeren sino que formen

partículas del menor tamaño posible.

Extrusores de Doble Husillo

Los extrusores de doble husillo proporcionan un empuje mucho mayor y

esfuerzo de cizalla mejor que el de un sólo husillo, aceleraciones de material mucho

mayores, esfuerzos cortantes relativamente altos y mezclado intensivo. Para algunos

materiales este proceso es demasiado agresivo, por lo cual resulta inadecuado, existe

la creencia de que los concentrados de color se realizan en su mayoría en este tipo de

extrusores, sin embargo, la mayoría de los pigmentos sufren degradación debida a las

condiciones tan agresivas del proceso, por ello, la mayoría de los fabricantes de

concentrados utilizan un cañón largo de un solo husillo.

Existen 2 tipos de doble husillo: los que engranan y los que no engranan, de los que

engranan existen dos posibilidades, los co-rotativos y los contra rotativos, según las

direcciones en las que estos giran.

El flujo generado en un doble husillo que engrana y es contra rotativo genera un

flujo en forma de C el cual tiene las características de un bombeo positivo,

disminuyendo drásticamente la influencia de la viscosidad del material para su

transporte y generando un bombeo muy eficiente. Las desventajas de este proceso es

que los husillos son empujados por el material hacia las paredes del cañón, lo que

evita el huso de altas velocidades; también existe el problema del mezclado

ineficiente, mientras más rápido se transporta el material, menos eficiente es el

mezclado.

En los husillos que si engranan y son co-rotativos, el flujo tiene mayor

dependencia en la viscosidad del material, aunque mucho menor que en los extrusores

de un solo husillo. En este tipo de arreglo los husillos no son empujados hacia la

pared del cañón, por ello se permiten altas velocidades, además el material pasa de un

husillo a otro logrando un flujo alternante que ayuda a una mezcla más homogénea.

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Fusión de Polímeros

El polímero funde por acción mecánica en combinación con la elevación de su

temperatura por medio de calentamiento del cañón. La acción mecánica incluye los

esfuerzos de corte y el arrastre, que empuja el polímero hacia la boquilla e implica un

incremento en la presión.

La primera fusión que se presenta en el sistema ocurre en la pared interna del

cañón, en forma de una delgada película, resultado del incremento en la temperatura

del material y posteriormente también debida a la fricción. Cuando esta película

crece, es desprendida de la pared del cañón por el giro del husillo, en un movimiento

de ida y vuelta y luego un barrido, formando un patrón semejante a un remolino, o

rotatorio sin perder el arrastre final. Esto continúa hasta que se funde todo el

polímero.

Fusión y arrastre: Si el material se adhiere al husillo y resbala sobre la pared

del cañón, entonces el arrastre es cero, y el material gira con el husillo. Si en cambio,

el material no resbala con la pared del cañón y resbala con el husillo, entonces el

arrastre es máximo y el transporte de material ocurre.

En la realidad el polímero experimenta fricción tanto en la pared del cañón

como en el husillo, las fuerzas de fricción determinan el arrastre que sufrirá el

polímero.

Dado de Extrusión de Polímeros

El dado (traducción literal del inglés, cabezal y boquilla en español) en el

proceso de extrusión es análogo al molde en el proceso de moldeo por inyección, a

través del dado fluye el polímero fuera del cañón de extrusión y gracias a éste toma el

perfil deseado. El dado se considera como un consumidor de presión, ya que al

terminar el husillo la presión es máxima, mientras que a la salida del dado la presión

es igual a la presión atmosférica.

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La presión alta que experimenta el polímero antes del dado, ayuda a que el

proceso sea estable y continuo, sin embargo, el complejo diseño de los dados es

responsable de esta estabilidad en su mayor parte.

El perfil del dado suele ser diferente del perfil deseado en el producto final,

esto debido a la memoria que presentan los polímeros, esfuerzos residuales y

orientación del flujo resultado del arrastre por el husillo.

Existen dados para tubos, para láminas y perfiles de complicadas geometrías,

cada uno tiene características de diseño especiales que le permite al polímero adquirir

su forma final evitando los esfuerzos residuales en la medida de lo posible.

Los dados para extrudir polímeros consideran la principal diferencia entre

materiales compuestos por macromoléculas y los de moléculas pequeñas, como

metales. Los metales permiten ser procesados con esquinas y ángulos estrechos, en

cambio los polímeros tienden a formar filos menos agudos debido a sus

características moleculares, por ello es más eficiente el diseño de una geometría final

con ángulos suaves o formas parabólicas e hiperbólicas.

Moldeo por Inyección

En ingeniería, el moldeo por inyección es un proceso semicontinuo que

consiste en inyectar un polímero, cerámico o un metal1 en estado fundido (o ahulado)

en un molde cerrado a presión y frío, a través de un orificio pequeño llamado

compuerta. En ese molde el material se solidifica, comenzando a cristalizar en

polímeros semicristalinos. La pieza o parte final se obtiene al abrir el molde y sacar

de la cavidad la pieza moldeada.

El moldeo por inyección es una técnica muy popular para la fabricación de

artículos muy diferentes. Sólo en los Estados Unidos, la industria del plástico ha

crecido a una tasa de 12 % anual durante los últimos 25 años, y el principal proceso

de transformación de plástico es el moldeo por inyección, seguido del de extrusión.

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Un ejemplo de productos fabricados por esta técnica son los famosos bloques

interconectables LEGO y juguetes Playmobil, así como una gran cantidad de

componentes de automóviles, componentes para aviones y naves espaciales.

Los polímeros han logrado sustituir otros materiales como

son madera, metales, fibras naturales, cerámicas y hasta piedras preciosas; el moldeo

por inyección es un proceso ambientalmente más favorable comparado con la

fabricación de papel, la tala de árboles o cromados. Ya que no contamina el ambiente

de forma directa, no emite gases ni desechos acuosos, con bajos niveles de ruido. Sin

embargo, no todos los plásticos pueden ser reciclados y algunos susceptibles de ser

reciclados son depositados en el ambiente, causando daños al medio ambiente.

La popularidad de este método se explica con la versatilidad de piezas que

pueden fabricarse, la rapidez de fabricación, el diseño escalable desde procesos

de prototipos rápidos, altos niveles de producción y bajos costos, alta o baja

automatización según el costo de la pieza, geometrías muy complicadas que serían

imposibles por otras técnicas, las piezas moldeadas requieren muy poco o nulo

acabado pues son terminadas con la rugosidad de superficie deseada, color y

transparencia u opacidad, buena tolerancia dimensional de piezas moldeadas con o

sin insertos y con diferentes colores.

Las partes más importantes de la máquina son:

Unidad de Inyección

La función principal de la unidad de inyección es la de fundir, mezclar e

inyectar el polímero. Para lograr esto se utilizan husillos de diferentes características

según el polímero que se desea fundir. El estudio del proceso de fusión de un

polímero en la unidad de inyección debe considerar tres condiciones

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Termodinámicas:

Las temperaturas de procesamiento del polímero.

La capacidad calorífica del polímero Cp [cal/g °C].

El calor latente de fusión, si el polímero es semicristalino.

El proceso de fusión necesita de un aumento de la temperatura del polímero, que

resulta del calentamiento y la fricción de este con la cámara y el husillo. La fricción y

esfuerzos cortantes son básicos para una fusión eficiente, dado que los polímeros no

son buenos conductores de calor. Un incremento en temperatura disminuye la

viscosidad del polímero fundido; lo mismo sucede al incrementar la velocidad de

corte. Por ello ambos parámetros deben ser ajustados durante el proceso. Existen,

además, cámaras y husillos fabricados con diferentes aleaciones de metales, para cada

polímero, con el fin de evitar el desgaste, la corrosión o la degradación. Con algunas

excepciones como el PVC, la mayoría de los plásticos pueden utilizarse en las

mismas máquinas.

La unidad de inyección es en origen una máquina de extrusión con un solo husillo,

teniendo la cámara calentadores y sensores para mantener una temperatura

programada constante. La profundidad del canal del husillo disminuye de forma

gradual (o drástica, en aplicaciones especiales) desde la zona de alimentación hasta la

zona de dosificación. De esta manera, la presión en la cámara aumenta gradualmente.

El esfuerzo mecánico, de corte y la compresión añaden calor al sistema y funden el

polímero más eficientemente que si hubiera únicamente calentamiento, siendo ésta la

razón fundamental por la cual se utiliza un husillo y no una autoclave para obtener el

fundido.

Una diferencia sustancial con respecto al proceso de extrusión es que durante la

dosificación el husillo retrocede transportando el material hacia la parte anterior de la

cámara. Es allí donde se acumula el polímero fundido para ser inyectado. Esta cámara

actúa como la de un pistón; el husillo entonces, se comporta como el émbolo que

empuja el material. Tanto en inyección como en extrusión se deben tomar en cuenta

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las relaciones de PvT (Presión, volumen, temperatura), que ayudan a entender cómo

se comporta un polímero al fundir.

Unidad de Cierre

Es una prensa hidráulica o mecánica, con una fuerza de cierre suficiente para

contrarrestar la fuerza ejercida por el polímero fundido al ser inyectado en el molde.

Las fuerzas localizadas pueden generar presiones del orden de cientos de MPa, que

únicamente se encuentran en el planeta de forma natural en los puntos más profundos

del océano.

Si la fuerza de cierre es insuficiente el molde tenderá a abrirse y el material

escapará por la unión del molde. Es común utilizar el área proyectada de una pieza

(área que representa perpendicularmente a la unidad de cierre el total de la cavidad)

para determinar la fuerza de cierre requerida, excluyendo posibles huecos o agujeros

de la pieza.

El parámetro fundamental para dimensionar una unidad de cierre es su fuerza

para mantener el molde cerrado. Usualmente se da este valor en toneladas (t). Otros

parámetros importantes en una unidad de cierre son: la distancia mínima entre placas,

la distancia máxima de apertura, las dimensiones de las placas y la distancia entre

columnas, la carrera del sistema de expulsión. Estos datos se utilizan para

dimensionar los moldes.

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CONCLUSION

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