Moldeo por Inyección
Moldeo Inyección: Los gránulos de plástico son alimentados en el cilindro de inyección desde una tolva, sobre la superficie de un tornillo rotatorio que los transporta hacia delante en dirección al molde. Cuando se funde suficiente material plástico en el extremo del tornillo unido al molde, el tornillo se detiene, y luego se inyecta un disparo de plástico fundido hasta las cavidades cerradas del molde. El eje del tornillo mantiene la presión sobre el material plástico hasta que se vuelva sólido, y luego se retrae. El molde se enfría con agua. Al final se abre el molde y la parte es extraída con aire o con pivotes eyectores accionados por muelles. Ventajas: -Piezas de alta calidad a gran velocidad de producción. -Costos de mano de obra bajos. -Buenos acabados de superficie. -Se puede automatizar. -Formas complicadas. -Buenas propiedades de resistencia. -Gran aprovechamiento de materia. Desventajas: -Alto costo de maquinaria. -Se debe controlar el proceso cuidadosamente. -Alto costo de moldes. Se usa para termoplásticos.
Moldeo por Extrusión
Moldeo Extrusión: Es un proceso continuo y se usa para elaborar tuberías, varillas, láminas, caños, cables y cualquier otro tipo de elemento continuo. En el proceso el polímero alimenta a un cilindro calentado a través de una tolva; el material fundido es forzado mediante un tornillo giratorio a través de una abertura de un cabezal adecuado para producir formas continuas. Después de salir del cabezal, la parte extruida debe ser enfriada bajo temperatura de transición vítrea para asegurar su estabilidad dimensional. El enfriamiento es con agua o aire.
Moldeo por Soplado
Moldeo Soplado: Un cilindro o tubo de plástico caliente, llamado preforma, se coloca entre las mordazas de un molde. El molde se cierra para excluir los extremos del cilindro y se insufla en él un chorro de aire comprimido que empuja al plástico contra las paredes del molde.
Termoformado
Termoformado: Una lámina de plástico calentada es forzada a adaptarse a los contornos de un molde por medio de presión.
Rotomoldeo
Rotomoldeo: Consiste en un molde montado en una máquina capaz de rotar simultáneamente en dos ejes. El material se coloca en el molde y se aplica calor para fundir el polímero. La rotación se usa para distribuir el plástico sobre las paredes del molde y el movimiento continúa hasta que la pieza fragua por enfriamiento. Ventajas: -Libertad de diseño. -Bajo costo de producción. -Bajo costo de moldes. -Piezas moldeadas con pocas tensiones internas. -Pérdidas de material mínimas.
Moldeo por Compresión
Moldeo Compresión: Ventajas: -Factible producción de piezas grandes. -Moldes sencillos. -Fácil liberación de gases. Desventajas: -Difícil piezas con forma complicada. -Es necesario cortar las rebabas de las piezas moldeadas. -Difícil mantener los márgenes de tolerancia.
Moldeo por Transferencia
Moldeo Transferencia: Difiere del moldeo por compresión ya que la resina plástica es alimentada a través de una cámara exterior. Cuando se cierra el molde, un émbolo empuja la resina plástica desde la cámara exterior hacia el molde. Ventajas: -No se forman rebabas y requiere menos acabado. -Se pueden elaborar muchas piezas al mismo tiempo. -Útil para elaborar piezas pequeñas y complejas.
Vulcanización
Vulcanización: Se vinculan las cadenas de gran elasticidad mediante la incorporación de azufre, el que al elevarse la temperatura provoca el desdoblamiento del restante enlace doble de cada mero, permitiendo vincular dos cadenas. Durante el proceso, este vínculo entre cadenas denominado enlace cruzado, se multiplica de forma de unir todas las cadenas e impedir el deslizamiento. Se produce un material más duro y menos flexible.
Termofijos
Termofijos: Las cadenas moleculares están fuertemente unidas entre sí mediante puentes de otras moléculas o polímeros, que carecen de libertad de movimiento aun en caliente, lo que le otorga mayor resistencia a altas temperaturas. El material no se ablanda al aplicarle calor, mantiene su forma hasta que la intensidad del calentamiento comience a quemarlo. Se producen procesos químicos irreversibles que destruyen al material (no son reciclables). Están compuestos por una red de átomos de carbono enlazados en forma covalente. Tienen un alto grado de entrecruzamientos. -Alta estabilidad térmica. -Alta rigidez. -Alta estabilidad dimensional. -Resistencia a la deformación bajo carga. -Peso ligero. -Propiedades aislantes eléctricas y térmicas altas.
Termoplástico
Termoplástico: Es necesario calentarlos para darles su forma, y después enfriarlos para que conserven esa forma. Pueden volverse a calentar cierto número de veces para darles nuevas formas sin que haya un cambio significativo en sus propiedades. Están constituidos por cadenas principales muy largas de átomos de carbono, enlazados entre sí de forma covalente. Estas cadenas están ligadas entre sí por enlaces secundarios, por lo que al entregarles energía en forma de calor llegará un momento en que se vencen las uniones débiles, disminuyendo la viscosidad, comportándose como un líquido. -Buena resistencia a la corrosión. -Resistencia a la intemperie. -Resistencia al impacto. -Transparentes. -Resistencia a la fricción.
Elastómero
Elastómero: Materiales poliméricos cuyas dimensiones pueden cambiar en gran medida cuando se someten a esfuerzos, y retornan a sus dimensiones originales al cesar la fuerza. Tienen cadenas moleculares que se mantienen unidas por medio de entrecruzamientos, pero no tantos como los termofijos. El calor los hace muy elásticos pero no se funden. Para fabricarlos el látex se diluye hasta alcanzar 15% de contenido en caucho y luego se coagula con ácido fórmico. El material coagulado se comprime a través de rodillos para eliminar el agua y producir un material en forma de lámina. Las láminas se secan y luego se rompen algunas de las largas cadenas del polímero y se reduce su peso molecular promedio. -Resistencia al desgaste. -Capacidad de cambiar de forma.
Polimerización por Adición
Este proceso en general da origen a termoplásticos, es la combinación por reacción entre enlaces dobles de carbono. Un enlace doble de C se rompe al exponerlo a un iniciador apropiado. El resultado es una serie de reacciones formando una cadena molecular larga. Un indicador común es el radical libre. La polimerización por adición continúa su propagación hasta que algo la termina. Este algo puede ser la acción de otro radical libre o la reacción entre sí de dos cadenas en propagación. Algunos contaminantes también pueden terminar las cadenas poliméricas, lo que da por resultado un peso molecular bajo. Los plásticos útiles son los de longitud promedio de la cadena llega a unas 700 unidades repetidas. La resistencia y la dureza aumentan al incrementarse la longitud.
Polimerización por Condensación
Polimerización por Condensación: Las reacciones químicas que dan origen a los polímeros por condensación se basan en dos centros reactivos que pueden unirse para formar un enlace químico. Muchas de estas reacciones producen desprendimientos de sustancias secundarias. Dos moléculas reactivas pueden unirse para formar un compuesto nuevo. En general este tipo de polimerización da origen a termofijos.
Homopolímeros y Copolímeros
Homopolímeros y Copolímeros: Los homopolímeros son materiales que consisten en cadenas de polímeros formados por unidades sencillas que se repiten. Los copolímeros consisten en cadenas de polímeros formados por dos o más unidades químicamente diferentes que se repiten y que pueden estar en distintas secuencias. El propósito de obtener copolímeros es obtener materiales con un rango más amplio de propiedades mecánicas.
Cristalinidad
Cristalinidad: Los polímeros no cristalizan por completo como lo hacen los metales. Esto se debe a la dificultad de que se lleguen a orientar todas las porciones de cada cadena. Sin embargo, en algunas zonas suele presentarse un ordenamiento de las cadenas. El porcentaje de cristalinidad puede ser muy bajo (poliestireno), moderado (polietileno de baja densidad) o muy alto (teflón y muchos nylons). Cuando el polímero no contiene grupos laterales grandes, las cadenas quedan muy cercanas entre sí y las fuerzas de atracción son más intensas. Cuando pasa esto, las cadenas orientadas quedan fijas en sus posiciones, cristalizadas. Los polímeros lineales pueden cristalizar con más facilidad que los ramificados.
Transparencia
Transparencia: La transparencia de los plásticos es una función de la cristalinidad. Los polímeros no cristalinos tienen una transparencia excelente (estireno). La estructura ramificada casi siempre resulta en una menor cristalinidad y mayor transparencia.
Densidad
Densidad: Es una función directa de la composición química. La mayor proximidad de las moléculas aumenta la densidad. La presencia de átomos de oxígeno, cloro, flúor y bromo también la aumentan, ya que son átomos densos.
Propiedades Mecánicas
Propiedades Mecánicas: La estructura influye notablemente en las propiedades. Los polímeros lineales son muy flexibles y presentan grandes deformaciones plásticas resultado del deslizamiento de las moléculas unas sobre otras, rompiéndose las fuerzas de atracción que después del deslizamiento vuelven a establecerse. Anillos y grupos laterales en la estructura los hace mucho más frágiles y aumentan su rigidez. El incremento en las fuerzas de Van der Waals añade resistencia y rigidez al polímero. Las propiedades de los polímeros entrecruzados dependen en alto grado del número de entrecruzamientos. Enlaces covalentes entre átomos de cadenas adyacentes forman los entrecruzamientos, cuando el grado de entrecruzamiento es alto y la mayoría de las cadenas están unidas de esta forma, el polímero se comporta como una única molécula gigante de gran rigidez, dureza y alta temperatura de ablandamiento.
Propiedades Térmicas
Temperatura de Ablandamiento (Tg): La temperatura en la cual comienza la rotación molecular alrededor de enlaces simples. Los factores que afectan son:
- Grupos unidos a la cadena principal incrementan la energía requerida para la rotación. El tamaño del grupo puede influenciar la Tg.
- Estructuras rígidas incorporadas a la cadena principal tienen un marcado efecto reforzante.
- Enlaces secundarios entre cadenas pueden afectar su movilidad. La presencia de átomos como el cloro tenderán a aumentar la Tg.
- Entrecruzamiento entre moléculas. Influye fuertemente en la movilidad de las moléculas. Fuerte entrecruzamiento mayor Tg.
- Peso molecular: bajo peso molecular poseerá un mayor número de cadenas finales en un volumen dado que uno de elevado peso molecular. Las cadenas, al estar menos restringidas en su movimiento que los segmentos centrales de la molécula, causarán una expansión de la masa del polímero, mayor movilidad y la Tg bajará.
- Plastificantes: Son aditivos que ablandan y flexibilizan la rigidez inherente de un plástico rígido. Disminuyen las temperaturas de procesado bajan la Tg.
Los termofijos tienen un elevado grado de entrecruzamiento, por lo tanto, tienen una elevada estabilidad térmica y un rango de temperatura de uso máxima que varía entre los 77° y 288°. Los termoplásticos, excluido el teflón, tienen temperaturas máximas de uso en general más bajas que los termofijos.
Comportamiento a Bajas Temperaturas
En general, los plásticos aumentan su resistencia y se tornan más rígidos al disminuir la temperatura. Muchos polímeros también se vuelven más frágiles. La fragilidad es el resultado de la pérdida de capacidad cedente del plástico con respecto a las fuerzas aplicadas. Para determinar la temperatura de fragilidad se usa la prueba de impacto, que mide la energía requerida para provocar la ruptura de la probeta. La fragilidad puede ser consecuencia de la cristalización. Los materiales tipo caucho se comportan en forma similar a los termoplásticos respecto a la fragilidad. Algunos termoplásticos tienen propiedades útiles por debajo de sus puntos de fragilidad. Los termorrigidos son poco afectados por las temperaturas bajas. No puede haber cristalizaciones, pues las cadenas poliméricas se mantienen unidas por medio de enlaces químicos. Los plásticos con un alto grado de entrecruzamiento suelen ser frágiles a temperatura ambiente y mantienen sus propiedades casi invariables incluso a temperaturas criogénicas.
Conductividad Térmica
Varía con la temperatura, aumentando al elevarse esta. Dos métodos para medir la conductividad térmica, básicamente se miden la velocidad de flujo de calor a través de espesores conocidos del material cuando se establece una diferencia de temperatura en los extremos del espesor.
Propiedades Químicas
Inflamabilidad: La presencia de oxígeno e hidrógeno en un polímero aumenta la inflamabilidad, el cloro, flúor, bromo y fósforo la disminuyen. Los polímeros entrecruzados son más resistentes a la llama que los termoplásticos similares, debido a que se requiere más energía para desintegrarlos. El cloro, flúor, bromo y fósforo pueden incorporarse al polímero como retardantes de llama.
Resistencia a los Disolventes: Los disolventes afectan a los termoplásticos, a los elastómeros y a los termorrigidos de diferente manera. Por lo general, los termoplásticos son solubles en disolventes específicos. Las moléculas del disolvente separan las cadenas y estas entran en solución. El secado regresa al termoplástico a su estado normal. Los elastómeros se hinchan a medida que el disolvente penetra. Los enlaces químicos entre las cadenas del polímero no se rompen. Al extraer el disolvente, el elastómero suele recuperar su tamaño y resistencia originales. Los plásticos con un alto grado de entrecruzamiento son poco afectados por los disolventes. No pueden disolverse a menos que se rompan las uniones de entrecruzamiento.
Permeabilidad: La permeabilidad frente a un gas o un vapor es el producto de la solubilidad del gas en el polímero y de su coeficiente de difusión. La permeabilidad se mide como la velocidad de transferencia de vapor a través de un espesor unidad del polímero, por unidad de área y diferencia de presión a través de la película.
Envejecimiento: La resistencia a la intemperie depende de factores ambientales como la radiación UV, el agua, el ozono y las variaciones de temperatura. La luz UV es la que produce los efectos ambientales más pronunciados en los plásticos (fragilidad, cuarteaduras, manchas blancas superficiales, cambios de color, variación de propiedades eléctricas). Algunos plásticos absorben UV en la superficie, lo que da como resultado la aparición de manchas blancas. Muchos plásticos permiten penetración de UV y el polímero se degrada por debajo de la superficie. Para aumentar la resistencia se pueden usar cargas y absorbentes UV.
Absorción de Humedad: Esta puede considerarse bajo dos aspectos, la de tipo molecular y la de porosidad (polímeros por condensación). La absorción molecular está directamente relacionada con los átomos que constituyen el polímero. El carbono, hidrógeno y flúor tienen absorciones de humedad muy bajas. El oxígeno y el cloro incrementan la absorción de humedad. Las propiedades eléctricas se ven afectadas por la humedad, la humedad absorbida hace disminuir la resistencia y aumenta la constante dieléctrica.
Propiedades Eléctricas: Los polímeros son buenos aislantes, alta resistencia aislante y nivel bajo de constante dieléctrica. La resistencia dieléctrica de un material aislante es el gradiente de voltaje al cual se presenta el valor crítico o falla eléctrica. La temperatura y el contenido de humedad de los polímeros afectan las propiedades físicas y eléctricas.
Aditivos: Tienen la función de conferir al polímero determinadas propiedades para facilitar su procesamiento, mejorar las propiedades y disminuir costos:
- Cargas en polvo.
- Retardantes de llama.
- Plastificantes.
- Estabilizantes ultravioleta.
- Estabilizantes de polímeros.