Capítulo 2

TIPOS DE PLASTICOS, ADITIVACIÓN Y MEZCLADO

Tipos de plásticos

1. TERMOPLASTICOS

Polímeros lineales, que pueden estar ramificados o no, son solubles en disolventes orgánicos y son capaces de fundir, por lo que son reciclables. Por lo que tienen una temperatura de fusión o de transición vítrea superior a la temperatura de ambiente. Son fáciles de procesar y bastante económicos. PE, PP, PS, PVC.

2. PLÁSTICOS DE ALTAS PRESIONES (INGENIERILES)

Propiedades mecánicas excepcionalmente buenas, pueden sustituir satisfactoriamente a metales como aluminio en algunas aplicaciones, tienen bajas densidad, resistencia a muchos líquidos que corren, se procesan más fácil por lo que se pueden crear diseños más complejos. PI PAEK APE PSU.

3. TERMOESTABLES

Adquieren un estado reticulado (entrecruzado, que los hace insolubles e incapaces de fundir. Parten de materias primas de bajo peso molecular. Presentan buenas propiedades a altas temperaturas, alta resistencia química, rigidez, dureza superficial, buena estabilidad dimensional. Las resinas termoestables son opacas, y amarillentas. PUR, reinas de fenol-formaldehido (fenoplastos).

4. ELASTOMEROS

Generalmente polibutadienos, contienen enlaces dobles en la cadena principal lo que le da gran flexibilidad. Son capaces de soportar deformaciones muy grandes recuperando su forma inicial. En los elastómeros suele producirse un entrecruzamiento parcias de las cadenas para evitar que cada vez que estos materiales se ven sometidos a un esfuerzo las moléculas se deslicen una sobre otras. Son tenaces, resistente a aceites y grasas, al ozono y presentan buena flexibilidad a bajas temperaturas, (transición vítrea inferior a la ambiente). Requieren un procesado lento, lo que consume grandes cantidades de tiempo y energía, por lo que no son reciclables. Elastómeros termoplásticos (TR)

Reticulados químicamente: es reversible a altas temperaturas convirtiéndose en termoplásticos amorfos o cristalinos.

Reticulados físicamente: matriz termoplástica PP, mezclada con caucho (contribuyen tenacidad y elasticidad).

5. COMPOSITES

Buenas propiedades mecánicas, elevada dureza y resistencia a tracción. Formado por dos componentes inmiscibles que forman dos fases separadas. Termoplásticos. Las propiedades dependen de las características de la interface.

6. PLASTICOS ESPUMADOS

Contienen grandes proporciones de celdillas finas llenas de gas pueden ser abiertas o cerradas. Las propiedades resultantes serán intermedias entre las del sólido y del gas. Tienen altas reducciones de la densidad, conductividad térmica, propiedades dieléctricas y disipación de energía acústica y mecánica.

La densidad celular disminuye proporcionalmente a la fracción volumétrica de la fase gaseosa.

La conductividad térmica de los gases es inferior a la de los sólidos. La transferencia de calor por conducción disminuye al disminuir la densidad. La conductividad eléctrica igual disminuye, la constante dieléctrica y las perdidas

dieléctricas disminuyen con la densidad.7. CRISTALES LIQUIDOS

Son termoplásticos basados en poliésteres aromáticos. Líquido o fundido. Moléculas se deslizan pero no se ordenan. Propiedades térmicas, mecánicas y ópticas excepcionales.

Tipos de aditivos

Aditivos.

No deben afectar la estructura molecular por lo que quedan excluidas sustancias como catalizadores, reticulantes. Se clasifican según su función: plastificantes, estabilizantes, lubricantes, modificadores de impacto, retardantes de llama, agentes espumantes, cargas y pigmentos, y colorantes. No deben ser volátiles, deben tener tensión de vapor baja a altas temperaturas y no debe tender a agregarse.

Los aditivos inorgánicos insolubles, tales como pigmentos, cargas, no dan lugar a fenómenos de exudación, mientras que los plastificantes de bajo peso molecular tendrán más tendencia a migrar y exudar a la superficie durante el proceso de transformación y posteriormente por envejecimiento.

Tabla

Plastificantes.

Un plastificante es una sustancia que se incorpora a un material plástico o elastómero para aumentar su flexibilidad y facilitar su transformación. Un plastificante puede reducir la viscosidad del fundido, rebajar la temperatura de transición vítrea o disminuir el modulo elástico fundido.

Las moléculas de un polímero tan solo existe volumen libre y que suficiente volumen libre permite libertad de movimiento. A mayor volumen libre mayor facilidad de movimiento de las moléculas o partes de las mismas y por tanto su flexibilidad y menor Tg. Se puede conseguir un aumento del volumen libre aumentando los grupos terminales o aumentando temperatura.

Estabilizantes.Ejercen una acción retardante sobre el proceso de degradación. Debe ser capaz de controlar los procesos que tienen lugar durante la descomposición de los polímeros. Tienen que tener buena compatibilidad con el polímero, efectividad a bajas concentraciones, no afectar a otras propiedades de la formulación, bajo costo, estar exentos a color, olor y toxicidad.

Antioxidantes: reacciones desoxidación empiezan con radicales libres forman peróxidos produciéndose finalmente la rotura de la cadena por lo que genera degradación.

Estabilizantes ultravioleta: se utilizan junto a los antioxidantes. La radiación produce una rotura de as enlaces covalentes. Los estabilizantes absorben energía a una longitud de onda.

Estabilizantes térmicos: derivados cloruro de vinilo y de vinilideno. Lubricantes.

Disminuir fuerzas de fricción y reducir el desgaste de dos cuerpos que se rozan entre sí. Externos: reducen y controlan la adhesión entre el polímero y las partes metálicas

de los quipos. Internos: disminuye la fricción de las moléculas de polímero entre sí, de modo

que mejore el flujo del material. Compatibles a altas temperaturas Cargas.

No deben interferir con las propiedades del polímero. En el caso de cargas con densidades muy bajas se puede conseguir una disminución del precio. Al reducir la densidad de la formulación se puede reducir el peso de la pieza acabada. Carbonato de calcio, sulfatos de metales alcalinotérreos, silicatos sílices.

Retardantes de llama.Tendencia a autoextinguirse, la reacción inicia en el interior del material en condiciones de pirolisis.

Agentes espumantes.Producir estructuras en los plásticos, estructuras que contienen grandes proporciones de celdillas finas llenas de gas, pueden estar cerradas o abiertas. Modifican la densidad, conductividad térmica, propiedades dieléctricas y disipación de energía acústica y mecánica.

Modificadores de impacto.Resistencia al impacto a bajas temperaturas.

Pigmentos y colorantes.Los pigmentos son sustancias inorgánicas sólidas inmiscibles y los colorantes son sustancias orgánicas miscibles o relativamente compatibles con el polímero.Los pigmentos se emplean con tamaño de partícula uy fino de modo que se consiga una dispersión lo mejor posible en el polímero.Los colorantes se emplean en menor medida, se degradan con mayor facilidad y pueden presentar problemas de migración o exudación.

Mecanismos de mezclado

Los polímeros se sirven en formas muy diferentes, gránulos, polvos, planchas, resinas líquidas de bajo peso molecular. El mezclador depende del grado de dispersión que se desee alcanzar entre los polímeros y los aditivos.

Mezclado extensivo (distributivo o simplemente mezclado): mezcla por medio de agitación. los ingredientes se añaden a la vez y está previsto de aspas o palas que giran a una velocidad moderada y no es necesario aplicar calor durante el proceso.

Mezclado intensivo o dispersivo: implica una dispersión de los diferentes componentes mucho más íntima. Este tipo de mezclado por lo general implica un cambio en estado físico de los componentes. el mezclado debe ser en estado fundido durante el mezclado. Por lo general la mezcla debe ser granulada o troceada antes de introducirla en el proceso de transformación.

Capítulo 3

PRINCIPALES TECNICAS DE TRANSOFRMACION DE PLASTICOS

a) Extrusión:

Para termoplásticos y algunos termoestables. Se utiliza también para recubrimiento de superficies y en el moldeo por soplado y termoconformado para la obtención de las preformas. Consiste en obligar a un material fundido a pasar a través de una boquilla o matriz que tiene la forma adecuada, para obtener el diseño deseado.

El equipo debe ser capaz de proporcionar sobre el material suficiente presión de una forma continua, uniforme y reblandecer y acondicionar el material de forma que pueda ser extruido.

El material granulado o en forma de polvo se carga en una tolva, desde la cual se alimenta al cilindro, donde el husillo se encarga de introducirlo, transportarlo hacia adelante y comprimirlo. El calentamiento hasta la fusión se realiza desde la cara exterior del cilindro, mediante elementos calefactores y desde el interior por conversión del esfuerzo en calor. De esta forma el material termoplástico funde (se plastifica) y al salir del cilindro a través de una boquilla recibe la forma de ésta

b) Inyección:

Consiste básicamente en fundir un material plástico en condiciones adecuadas e introducirlo a presión en las cavidades de un molde donde se enfría a una temperatura apta para que las piezas puedan ser extraídas sin deformarse. El proceso, en lo que a moldeo se refiere, puede dividirse en dos fases, en la primera tiene lugar la fusión del material y en la segunda la inyección en el molde. El material se calienta y funde en el cilindro de calefacción, al mismo tiempo que circula hacia la parte anterior de éste, gracias al movimiento rotatorio del tornillo de plastificación que se encuentra en el interior del cilindro, de forma similar a como ocurre en el proceso de extrusión. Sin embargo, en el proceso de inyección el material plastificado va quedando acumulado en la parte anterior del tornillo, para lo cual, el tornillo debe retroceder lentamente mientras gira. Una vez que hay suficiente cantidad de material fundido acumulado delante del tornillo, se detiene el giro y el tornillo realiza un movimiento axial hacia adelante, con lo que el material fundido sale por la boquilla de inyección hacia el molde, que en ese momento debe encontrarse cerrado. De esta forma el tornillo actúa como tornillo plastificador y además como émbolo de inyección. El molde se encuentra refrigerado y en el momento de la inyección del material debe estar cerrado. El tornillo permanecerá en posición avanzada hasta que el material que se encuentra en los canales de alimentación del molde tenga suficiente consistencia para evitar su retroceso hacia la máquina de inyección. Una vez que el tornillo retrocede comienza a plastificar nuevamente material para el siguiente ciclo. El molde se mantiene cerrado el tiempo suficiente para que el material se enfríe a una temperatura tal que la pieza pueda ser extraída sin que sufra deformaciones. Cuando esto sucede se abre el molde y se extrae la pieza de modo que el molde queda preparado para el ciclo siguiente.

c) Moldeo por soplado:

Mediante el proceso de soplado pueden fabricarse cuerpos huecos. El proceso consiste básicamente en insuflar aire en una preforma tubular fundida que se encuentra en el interior del molde. Se emplea exclusivamente con materiales termoplásticos

d) Moldeo rotacional:

El moldeo rotacional o rotomoldeo es un método para transformar plásticos, que generalmente se encuentran en polvo o en forma de pasta líquida, para producir artículos huecos. En este proceso el plástico frío funde sobre las paredes de un molde metálico caliente que gira en torno a dos ejes, donde más tarde se enfría hasta que adquiere consistencia para

poder ser desmoldeado. Se puede emplear indistintamente para materiales termoplásticos y termoestables.

e) Moldeo por compresión:

Se utiliza el moldeo por compresión para moldear materiales termoestables. Puede considerarse que el ciclo comienza con la apertura del molde para la extracción de la pieza obtenida en el ciclo anterior. Una vez limpio el molde se colocan en él las inserciones metálicas si las hubiere y se introduce el material de moldeo, bien en forma de polvo o en forma de pastilla; se cierra el molde caliente y se aplica presión. En ocasiones se abre después un instante para permitir la salida de humedad y materias volátiles que pudieran haber quedado atrapadas o que se generan durante el entrecruzamiento del material. Finalmente, se aplica toda la presión al molde caliente y se mantiene el tiempo necesario hasta que el material haya curado totalmente.

f) Termo conformado:

El termoconformado es un proceso de moldeo de preformas de termoplásticos que generalmente se encuentran en forma de lámina o plancha. Se desarrolla en tres etapas, en el primer paso el material se calienta, generalmente por radiación infrarroja, aunque también se puede calentar mediante convección o conducción. A continuación se tensa encima de un bastidor y, por medio de aire a presión o vacío, se estampa o se presiona sobre las paredes de un molde frío.

OPERACIONES UNTARIAS EN EL PROCESADO DE POLIMEROS

Manejo de solidos: Las formas más frecuentes son los pelets o granza, en una gran variedad de formas, como cubos, cilindros, esferas, lentejas o elipsoides, así como polvos o granulados. La granza se obtiene al final del proceso de polimerización en etapas especiales. La elección del proceso de granceado depende de la naturaleza del polímero, producción requerida y características del proceso. Los procesos más comunes son los de cortado del extruido bajo corriente de agua o aire, el cortado en frío de tiras. Los tamaños típicos oscilan entre 3 y 6 mm.

Calentamiento y fusión de polímeros: La capacidad calorífica de los plásticos y el calor latente de fusión tienen valores elevados, de modo que la cantidad de calor que hay que aplicar para fundir estos materiales es muy alta.

Flujo a través de canales: En el procesado de polímeros es frecuente que éstos sean obligados a fluir desde un punto a otro de la máquina a través de canales de geometría cilíndrica.

Solidificación o endurecimiento: A veces se emplean resinas líquidas que se introducen en el molde con una mezcla de aditivos que contienen agentes entrecruzantes, generalmente peróxidos que son iniciadores de radicales libres, junto con otros aditivos como iniciadores y catalizadores de la reacción, de modo que el entrecruzamiento del material se produce en el molde.