Proceso de conformado de polímeros Flashcards
(27 cards)
¿Cuáles son las principales razones para el auge de los materiales poliméricos?
Ahorro energético: Bajo contenido energético y excelentes capacidades de aislamiento térmico; x.ej.: producir bolsas plásticas ahorra ~32 % de energía frente al papel.
Propiedades especiales: Alta resistencia mecánica específica (relación resistencia/peso) y gran resistencia a la corrosión.
Versatilidad: Amplia diversidad de polímeros, adaptabilidad a formas complejas sin necesidad de herramientas costosas.
Economía en producción y uso: Menor costo operativo (x.ej.:, ~56 % menos energía para botellas de plástico vs. vidrio) y ahorro de combustible en transporte (~4 % en automóviles con partes plásticas).
¿Qué es la configuración y qué la conformación de un polímero?
Configuración: Ordenamiento interno de la molécula (secuencia de enlaces y grupos funcionales). No cambia sin romper enlaces covalentes.
Conformación: Disposición espacial de la cadena (rotación alrededor de enlaces simples). Sí puede cambiarse por torsiones, afectando propiedades como viscosidad y “memoria” de forma.
¿Por qué son importantes los procesos de conformado de polímeros?
Diversidad de geometrías: Desde piezas huecas hasta films ultrafinos.
Forma neta: Moldeo directo sin acabados adicionales.
Menor energía que los metales: Temperaturas de proceso entre 20–150 °C.
Manejo sencillo: Bajos riesgos térmicos.
No requieren pintura: Superficies terminadas que solo necesitan tratamiento especial en casos muy puntuales.
¿Qué papel desempeña la viscosidad en el conformado?
La viscosidad del polímero fundido es fundamental y depende de:
Temperatura: Al aumentar, la viscosidad cae drásticamente.
Velocidad de corte (flujo): A mayor cizallamiento, menor viscosidad (comportamiento pseudoplástico).
Esto controla la presión necesaria y la calidad del flujo durante extrusión e inyección.
¿Qué es la viscoelasticidad en polímeros fundidos y por qué causa “expansión” al salir del troquel?
Viscoelasticidad: Combinación de comportamiento viscoso (flujo) y elástico (recuperación de deformación).
Al atravesar el cañón, se aplican esfuerzos de compresión que no se relajan al instante. Al salir, el polímero “recuerda” su forma previa y se expande (fenómeno de “dado swell”).
¿Qué son los pellets y cómo se producen?
Pellets: Microgránulos (< 5 mm) de polímero, forma estándar de materia prima.
Producción: Se funde y corta el polímero en una peletizadora, aplicando temperatura y presión para formar gránulos uniformes.
¿Cuáles son las partes principales de la máquina de extrusión?
Tolva: Depósito donde se alimentan los pellets. Puede incluir vibradores o tornillos sin fin.
Cañón/Barril: Cilindro largo (L/D 10–30) donde el tornillo funde y transporta el polímero; cuenta con resistencias eléctricas y, si es necesario, refrigeración externa.
Tornillo: Con tres zonas – alimentación, compresión y bombeo – transporta, funde, mezcla y presuriza el polímero.
Cabezal (dado/troquel): Orificio final que da forma al extruido; incluye plato rompedor para homogeneizar presión, filtrar contaminantes y eliminar remolino de flujo.
¿Qué sucede en cada zona del tornillo de extrusión?
Alimentación: Primeras 3–10 vueltas, fondo de rosca alto para alojar sólidos; riesgo de puenteo si hay recalentamiento prematuro.
Compresión: Profundidad de rosca decreciente; el polímero funde, se expulsa aire y se genera calor adiabático por cizallamiento.
Bombeo/dosificación: Rosca constante y profunda, se homogeniza termodinámicamente, se alcanza la presión necesaria para el troquel y termina de fundir cualquier sólido residual.
¿Qué características debe tener un termoplástico de grado extrusión?
Alto peso molecular (bajo índice de fluidez): mantiene forma tras el dado antes de enfriar.
Distribución amplia de peso molecular: fracciones de bajo PM funden primero y lubrican el flujo de las cadenas más largas.
¿Cuáles son los defectos más comunes en extrusión?
Fractura de fusión: Flujo turbulento por reducción brusca de sección en el dado → superficie irregular.
Piel de tiburón: Arrugas superficiales por perfil de velocidad no uniforme y alta fricción con pared.
¿Cómo se producen láminas y películas por extrusión?
Se usan troqueles de rendija ancha (hasta 3 m) y estrecha (0.4 mm); un colector distribuye lateralmente el polímero antes del dado.
Control de espesor por velocidad del extrusor, apertura del dado y velocidad de rodillos.
Enfriamiento instantáneo en tina de agua o rodillos refrigerados para evitar deformaciones; velocidades de producción hasta 5 m/s.
¿Cuál es el objetivo y los métodos de biorientación?
Objetivo: Mejorar propiedades mecánicas (rigidez, resistencia a la rotura) alineando cadenas en dos direcciones.
Método de burbuja:
-Extrusión de tubo (espesor 2–3 mm).
-Inflado con aire en zona caliente → orientación transversal.
-Rodillos más rápidos estiran axialmente → orientación máquina.
-Aplanado de burbuja en dos láminas.
Mesa estiradora: Calienta película en túnel, la sujeta en los bordes y estira transversalmente; luego siente el film para fijar dimensiones.
¿Qué es la coextrusión y sus ventajas?
Definición: Extrusión simultánea de múltiples polímeros a través de un solo troquel para capas combinadas.
Ventajas:
-Barreras mejoradas (oxígeno, vapor).
-Propiedades mecánicas y químicas ajustadas.
-Diseño estético (multicolores).
-Extensión de vida de alimentos y protección de capas sensibles.
¿En qué consiste el moldeo por inyección?
Se calienta el polímero hasta estado plástico y, con un tornillo reciprocante, se inyecta a alta presión en cavidad de molde.
Ciclos de 10–30 s; moldes con múltiples cavidades aumentan producción en masa.
¿Ventajas y desventajas del moldeo por inyección?
Ventajas: Formas muy complejas, alta repetibilidad, automatización, mínimo posacabado.
Desventajas: Alto costo de moldes y scrap, requiere sofisticado control automático.
¿Qué componentes forman la máquina de inyección?
Unidad de inyección: Similar a extrusora; tornillo que mezcla, funde y, como pistón, inyecta fundido.
Unidad de cierre: Placas (fija y móvil) que sujetan el molde con fuerza para resistir presión de inyección.
¿Qué elementos componen un molde de inyección?
Cavidades (1+), canales de alimentación, sistema de eyección (vástagos), circuito de enfriamiento y respiraderos para aire.
¿Cómo funciona el tornillo con válvula no retorno?
Durante plastificación, válvula abierta permite alimentación.
Al inyectar, el tornillo avanza (como pistón) y la válvula cierra, impidiendo el retroceso del fundido.
¿Cuáles son las etapas del ciclo de inyección?
1) Cierre y sujeción del molde.
2) Inyección de “disparo” de fundido y presión de mantenimiento (compensación de contracción).
3) Giro y retracción del tornillo para recargar plástico mientras la pieza se solidifica.
4) Apertura del molde y expulsión de la pieza.
¿Qué características tienen los termoplásticos de grado inyección?
Alta fluidez (índice de fluidez elevado) para llenar moldes complejos.
Angosta distribucion del peso molecular con un bajo peso molecular.
Estabilidad térmica y dimensional durante ciclos rápidos.
Para aumentar el numero de ciclos/min: se necesita menor t. de enfriamiento de mayor acpacidad de plsastificación
¿Qué defectos surgen en inyección y cómo corregirlos?
Rebabas: Fluido se escapa por juntas; bajar temperatura o presión, mejorar cierre.
Llenado deficiente: Solidificación prematura; aumentar temperatura o presión.
Líneas de soldadura: Frentes de fusión convergentes; modificar puertas y conductos, elevar T y P.
Rechupes: Contracción en secciones gruesas; ajustar sistema de presión de compensación.
¿Qué es el moldeo por soplado y cuándo se emplea?
Se utiliza aire a presión dentro de una preforma (extrudida o inyectada) contra paredes de un molde para piezas huecas (botellas desechables, tanques pequeños).
Extrusión-soplado: Rápido, integrado en línea de producción masiva.
Inyección-soplado: Preforma inyectada, más lenta, ideal para PET con baja permeabilidad
¿Cómo funciona el moldeo rotacional?
Cargar polvo termoplástico en molde bicomponente.
Cerrarlo y girar sobre dos ejes bajo calor externo hasta que el polímero funde y adhiere.
Enfriar y extraer pieza hueca de paredes uniformes.
Producción de volúmenes bajos y geometrías complejas.
¿Qué ventajas ofrece la fabricación aditiva (impresión 3D)?
Prototipado rápido, personalización sin costo de herramientas, múltiples materiales y formas intrincadas con poco scrap.
