6 de febrero de 2012

Moldeo por Inyeccion de Nylon 6 - Procesamiento


Secado
La mayoría de los gránulos de polímero absorben gradualmente la humedad del aire cuando se almacenan. Incluso pequeñas cantidades de humedad puede causar problemas de moldeo durante la inyección. En el caso de la poliamida 6, se pueden desarrollar defectos superficiales visibles, en forma de rayas (vapor de agua). A menos que los gránulos hayan sido almacenados en envases a prueba de humedad, la poliamida 6 debe ser secada antes de su uso.

Con la poliamida 6, en particular, es importante no excederse en el secado, ya que esto puede causar decoloración y claramente una fluidez reducida (fig. 12). Por consiguiente, recomendamos no exceder una temperatura de secado de 80 °C y utilizar secadoras de aire seco. En nuestra experiencia, el aire fresco y los secadores circulantes no son adecuados para poliamidas a 80 °C - en el caso extremo, los gránulos pueden contener más humedad después del secado lo que ellos tenían anteriormente.

Para efectos de estimar el tiempo necesario de secado, es útil para conocer el contenido de humedad desde el principio. Esto se puede medir por valoración Karl Fischer. Los balances de humedad también puede proporcionar una valiosa ayuda en la práctica, a pesar de que su precisión suele ser menor.


Tabla 1. Temperaturas de secado
Los datos anteriores se refieren a los paquetes almacenados a temperatura ambiente. También se supone que el equipo de secado se encuentra en perfecto estado de funcionamiento y que se observa la temperatura de secado recomendada. Los gránulos secados se deben procesar tan rápidamente como sea posible mientras aún están calientes, y la tolva de la máquina debe estar cubierta con una tapa. Loos paquetes que han sido abiertos deben volverse a sellar herméticamente y su contenido usado tan rápidamente como sea posible.
 
Fig. 12: Presión de inyección vs contenido de agua de los gránulos

El no hacerlo, puede ampliar considerablemente el tiempo necesario de secado, sobre todo con la poliamida 6. Cuando se procesa gránulos tomados de embalaje a prueba de humedad, generalmente es posible prescindir del secado. Los paquetes deben, sin embargo, tener un tiempo suficiente para calentarse a temperatura ambiente antes de ser abiertos. De lo contrario se formará condensación, la cual tendrá que ser removida por el secado de los gránulos.

Moldear y temperatura de la masa, el tiempo de residencia
Las cifras dadas para las temperaturas de molde y fundido en la tabla de abajo se aplican a los grados de moldeo por inyección de propósito general, sin retardantes de llama y por lo tanto sólo puede servir como una guía. Un número de productos requieren valores de temperatura que difieren considerablemente de los indicados. Por favor, consulte las hojas de datos y consulte con el fabricante.

El esfuerzo térmico de la masa fundida se debe mantener tan bajo como sea posible a fin de prevenir efectos no deseados tales como cambios de propiedades en el plástico, la generación de productos de descomposición, ventilaciones obstruidas y la corrosión del molde. Por tanto, es importante evitar altas temperaturas de fusión y largos tiempos de residencia, debido, por ejemplo, al uso de una máquina que es demasiado grande para el peso de la inyección o para tiempos de ciclo largos.

En el caso de interrupciones prolongadas en la producción, el tornillo debería moverse hacia adelante por esta misma razón, y reducirse la temperatura del cilindro, o la calefacción apagada por completo.

Con productos especialmente sensibles a la temperatura, es una buena idea para purgar el cilindro y, cuando sea apropiado, la corredera caliente también con un producto de uso general de antemano. Después de las interrupciones, la máquina siempre debería ser purgada con gránulos frescos.



Tabla 2 Temperaturas de molde y fundido
Incluso con el procesamiento correcto, es posible que se generen componentes volátiles y productos de descomposición. Para evitar cualquier riesgo para la salud y el bienestar de los operarios de máquinas, los límites de tolerancia para el ambiente de trabajo debe garantizarse con el suministro de ventilación eficiente y aire fresco en el lugar de trabajo, de conformidad con la Hoja de Datos de Seguridad.

Velocidad de tornillo y la retropresión
A medida que los gránulos en el cilindro son transportados hacia adelante a través de la rotación del tornillo, ellos se frotan contra la pared del cilindro caliente y el fundido. La velocidad del tornillo no debe ser demasiado alta, mientras que esto sucede, ya que la masa fundida, de lo contrario se puede sobrecalentar, causando daños en el polímero.

Los grados con retardante a la llama y otros sensibles a la temperatura debe ser procesados con la más baja velocidad periférica posible de tornillo (VP) de entre 0.05 y 0.2 m/s. En el caso de grados propósito general, se recomienda una velocidad de entre 0.05 y 0.3 m/s. Los grados de flujo fácil y los grados sin retardantes de llama con frecuencia se puede procesar a velocidades de tornillo en exceso de 0.3 m/s con el fin de optimizar el tiempo de ciclo.

Fig. 13: Velocidad de tornillo vs Diámetro de tornillo

Las retropresiones que garanticen una fusión pareja están normalmente en el orden de 100 ± 50 bar (presión hidráulica generalmente de 5 a 15 bar).

Reglas generales:

  • Para mejorar la homogeneidad del fundido: aumentar la retropresión.
  • Para evitar la retracción dispareja del tornillo (efecto sacacorchos): aumentar la retropresión.
  • Interrupción ocasional de transporte de fundido: reducir la retropresión.
  • El tiempo de dosificación demasiado largo: reducir la retropresión.
La fase de Inyección y sostenimiento de presión
Las presiones de inyección y sostenimiento, y también las velocidades de inyección requeridas, dependen del tipo de material que está siendo moldeado y la naturaleza del producto final. Las presiones de inyección y sostenimiento se establecen como presión hidráulica. Esta última debe ser lo suficientemente alta para lograr una presión de cavidad suficiente para permitir el llenado completo del molde, sin ningún tipo de marcas de hundimiento. Ellas pueden diferir considerablemente para un molde determinado, dependiendo de factores tales como la velocidad de inyección, temperatura de fundido y la geometría de la boquilla.

La velocidad de inyección se equipara con el tamaño y la forma de la pieza moldeada y, en general debe ser rápida. La presión de inyección debe ser lo suficientemente alta para asegurar que la velocidad de inyección no caiga por debajo del valor fijado requerido (s) durante todo el proceso de inyección. Si la velocidad de inyección baja hacia el final de la inyección, esto indica que la presión de inyección es demasiado baja o la velocidad fijada demasiado alta.

Fig. 14: Presión de cavidad vs tiempo
A fin de evitar defectos superficiales cercanas a la compuerta (manchas opacas, barras congeladas, delaminación), es una buena idea reducir drásticamente la velocidad en el inicio del proceso de inyección (inyección gradual). Una velocidad constante del frente de flujo se puede lograr mediante la implementación de un perfil de velocidad sobre todo el golpe del tornillo (optimización del proceso de llenado). 

En muchos casos, perfiles de velocidad empíricamente determinados pueden ayudar a remediar los problemas de ingeniería de flujo (aire atrapado, líneas de soldadura, burbujas, lagrimas, rayas, efecto diesel).

Al reducir la velocidad directamente antes del cambio de etapa, es posible nivelar el perfil de presión y ayudar a prevenir un reflujo de masa fundida.

La presión de la cavidad requerida para un llenado completo del molde, la "presión de llenado", es una medida de la viscosidad de la masa fundida (siempre que el tiempo de llenado se mantenga constante). Esto puede ser usado para propósitos de control del proceso.

Otro factor importante es cambiar a la presión de sostenimiento en el momento oportuno con el fin de prevenir una compresión excesiva en el molde.

La presión de sostenimiento sirve para compensar la contracción de volumen que se produce conforme la pieza moldeada se enfría en el molde. El nivel de la presión de sostenimiento depende de las exigencias de calidad de la pieza moldeada - por ejemplo, estabilidad dimensional, bajas tensiones y propiedades de superficie (marcas de hundimiento, reproducción) - y, en general sera fijada tan baja como sea posible.

La presión de sostenimiento debe mantenerse hasta que el sistema de compuerta se haya "congelado" (a fin de evitar cualquier reflujo de fundido cuando la presión se quita). El mínimo tiempo de sostenimiento de presión (también conocida como tiempo de compuerta abierta) se puede establecer a través de controles de peso en la parte moldeada (Fig. 15) o desde las características de la curva de presión de la cavidad (fig. 16).



Fig. 16: Peso de parte vs Tiempo de sostenimiento de presión

Las propiedades de la pieza moldeada están decisivamente influidas por el control del proceso.

Lo siguiente esta influenciado durante la fase de inyección:

  • propiedades mecánicas
  • acabado de la superficie
  • visibilidad de las líneas de soldadura
  • deformación
  • completo llenado de la cavidad
  • formación de rebaba
Lo siguiente esta influenciado durante la fase de sostenimiento de presión:
  • peso
  • estabilidad dimensional
  • contracción
  • vacíos
  • marcas de hundimiento
  • características de eyección
  • fuerza de la línea de soldadura
  • precisión dimensional (deformación)
Tiempo de enfriamiento
Los siguientes diagramas muestran el tiempo de enfriamiento calculado de piezas moldeadas por inyección (tomando laminas como ejemplo) como una función de:

  • el tipo de material
  • espesor de la pared
  • la temperatura del molde (W)
  • temperatura de fundido (M)
Los factores esenciales que influyen el enfriamiento son el espesor de pared y temperatura del molde. La temperatura del fundido sólo tiene una ligera influencia en el tiempo de enfriamiento.

Nota: El tiempo de enfriamiento se entiende aquí como el tiempo de la aplicación inicial de la presión de sostenimiento hasta el punto de desmoldar.

Fig. 17: Tiempo de enfriamiento vs Espesor de pared

Limpieza de la unidad de plastificación
Para evitar cualquier pérdida de tiempo y material, lo mejor es cambiar de colores claros a colores oscuros y de baja viscosidad para los de alta cuando se cambia a un material diferente. El cilindro de plastificación se pueden purgar con compuestos de moldeo de alta viscosidad apropiados para limpiarlo (PE, PP, PMMA, SAN, PS).

  •  En el caso de incrustaciones severas (por ejemplo, capas externas adheridos a la pared), pre-limpiar la unidad con el agente de limpieza de cilindro. Además purgar con PE o el PP de alta viscosidad cuando sea necesario.
  • Desmontar la unidad si fuera necesario y limpiar los componentescon un cepillo de acero, mientras esta todavía caliente, y luego pulirlo con un paño y pasta de pulir (ver la Hoja de datos de seguridad). No use papel de lija. No arenar con bolas de vidrio o de acero. 
  • Como una alternativa, los componentes desmantelados se pueden limpiar en baños de óxido de aluminio burbujeante , baños de aceite o baños de solventes (con ultrasonido si es necesario). Es importante tener en cuenta las hojas de datos de seguridad y las disposiciones vigentes.
Procesamiento de reciclado
Las piezas moldeadas de PA 6 puede ser molidas y peletizadas, observando las condiciones de secado y procesamiento. Esto puede, sin embargo, causar daños en el polímero y los aditivos, las cuales tendrán un efecto perjudicial sobre las propiedades de las piezas acabadas. Este efecto se puede reducir mediante la mezcla de reciclado con material virgen del mismo tipo.

La relación permitida debe ser comprobada para cada aplicación individualmente, con concesiones hechas también para requerimientos externos, tales como las prescritas por las organizaciones de pruebas de calidad para los aparatos eléctricos.

Puntos a tener en cuenta en el procesamiento:

  • Las partes rechazadas y bebederos que se recogen, muelen y secan debe ser de un solo tipo
  • Debería evitarse la contaminación con petróleo, otros plásticos y suciedad, etc 
  • Deberían retirarse los componentes finos (polvo) después de la trituración siempre que sea posible
  • El tamaño de pelets del reciclado debería corresponder aproximadamente al del material virgen
  • Es esencial un mezclado uniforme de material virgen y reciclado
  • No deberían usarse la torta y molduras que presenten signos de sobrecalentamiento (degradación térmica)
  • Deberían evitarse, en lo posible las piezas con rayas causadas por la humedad 
Se recomienda que la cantidad de reciclado que se puede agregar en cada caso individual se establece a través de las pruebas adecuadas (por ejemplo, reducción de peso molecular, las propiedades mecánicas). Asistencia sobre este tema se puede obtener de su proveedor.

Coloreando con masterbatches
Al igual que un gran número de otros termoplásticos, las poliamidas se pueden colorear usando concentrados de color (masterbatches)

Ventajas:

  • flexibilidad al colorear series pequeñas
  • ahorro de costes al realizar compras y también para el almacenamiento
Inconvenientes:
  • Puede que no sea posible compensar las fluctuaciones en el color natural del polímero
  • Puede haber disparidad de color en las piezas acabadas
  • Las propiedades del producto pueden ser afectadas desfavorablemente
  • Sin la conformidad UL
  • Responsabilidad en el caso de las quejas puedan ser impugnadas
  • Se requieren unidades de dosificación y posiblemente capacidad adicional de secado 
Las viscosidades de fundido del concentrado y el plástico a colorear deben ser tan similar como sea posible. El material tomado como una base para el concentrado siempre debe ser el polímero del plástico que se va a colorear. De otra manera se pueden encontrar problemas, como la segregación (rayas, delaminación), adherencia insuficiente de las tintas o compuestos de sellado, resistencia al impacto reducida, o indeseables efectos a largo plazo, tales como una tendencia más pronunciada al amarillamiento en calor, o una mala resistencia a la intemperie.

Una homogenización puede, potencialmente, remediarse mediante el uso de mezcladores estáticos. En este caso, sin embargo, se debe prestar especial atención a la cantidad de tiempo y material consumido por los cambios de color y la influencia potencial sobre las propiedades del producto.

Fuente: Datos de procesamiento para el moldeador - Lanxess

2 comentarios:

Anónimo dijo...

Excelente publicación!

Iván Alarcón dijo...

Amigo te mando un gran saludo desde México y te felicito por el artículo, me ayudó mucho dado que tengo un problema con mi inyección en nylon, espero que sigas publicando cosas de calidad como estás.