Diapositivas - U4 - Plásticos
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Tecnología I –
DI -
FAUDI
Plásticos
1.
Polímeros: termoplásticos, termorrígidos,
elastómeros, espumas, aditivos
2.
Extrusión
3.
Inyección
4.
Soplado
5. Rotomoldeado6.
Termoformado
7.
Compresión, Transferencia, RIM
8.
Colado, Calandrado, Plastificado
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Polímeros
Tamaño decadena
Material Usos
C1 -C4 Gases Varios usos
C5 -C12 Líquidos livianos:aeronaftas, naftas
Motores a explosióninterna
C15-C20Líquidos pesados:
Fuel oil; Kerosene
Motores a explosión
internaC20+ Aceites líquidos Lubricantes livianos ypesados
C50+ Grasas sólidas Lubricantes sólidos
C100+ Ceras; Parafinas Modelos, velas,antideslizantes
C1000+ Polímeros Varios usos
C→∞
(C puro) Grafito; Diamante Varios usos
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PolímerosVentajas
Baja densidad ≈
1gr/cm3
Fácil procesabilidadBajo costo y alta disponibilidadExcelentes relaciones costo / beneficio
Desventajas
Bajas propiedades mecánicasBaja confiabilidad
Sensibles a la temperatura, el oxígeno y la luz
Mas de 15.000 materiales,
en plena evolución
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Polímeros
Campos de aplicación
Materias primas utilizadas
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Evolución consumo en Argentina en Kg/habitante
Polímeros - Estadísticas
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• Termoplásticos: enlaces débiles entre cadenas
• Termorrígidos: enlaces fuertes entre cadenas
•
Elastómeros
Polímeros
Tg: T glass, vitrificado, sólido
Tm: T melt, fundido, viscoso
MFI: Melt Flow IndexTd: T destrucción
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TermoplásticosPOLIETILENO –
PE: de alta y baja densidad,
es incoloro, inodoro, no toxico, resistente a
golpes y productos químicos.POLIPROPILENO -
PP:
muy duro y resistente. Opaco y resistente
al calor (Tg ≈150 ºC). Resistente a impacto. Se puede doblarmuy fácilmente, resistiendo múltiples doblados -
bisagras. Alta
resistencia a productos corrosivos.POLIESTIRENO -
PS:
frágil pero de buena resistencia mecánica.
Fácilmente coloreable.
POLICLORURO DE VINILO - PVC: es el más versátil ya queadmite todo tipo de aditivos. Estable, larga vida útil, resistente,desde totalmente rígido a totalmente plástico.ACRÍLICOS -
PMMA:
buen comportamiento mecánico, fácilmente
pulible. Totalmente traslúcidos, sustituye vidrios.POLIAMIDAS –
PA -
NYLON: rígida y fibras. De alta dureza, en
forma rígida: piezas de maquinaria y electrodomésticos, ruedas,utensillos, etc. En forma de fibra, para generar todo tipo degéneros textiles.
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Termoplásticos
Variación del módulo deelasticidad vs Temperatura
Tensión vs deformación
Poliamida –
Nylon 6.6
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Termoplásticos
Polímero Contracción [%] Tg [ºC] Tm
[ºC] U$D/kg
ABS 0,4 –
0,8 88/125 - 2,40
Acetato 0,1 –
2,3 -85 181 3,70PMMA –
Acrílico 0,2 –
0,7 90/105 -
PA -
Nylon 6,6 1,4 –
1,6 50 265 4,40
PC 0,6 145 230 4,20LDPE 4,0 –
4,5 -120 115 0,80
HDPE 4,3 –
4,7 -120 137 2,20
PP 1,3 – 1,6 -16 168/176 1,00PS 0,4 –
0,7 85/125 240 0,60
PVCp 1,0 –
4,5 87 175/212 2,50
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Termorrígidos
ResinasFENOLICAS: reacción e/fenol + formaldehidoSumamente frágiles →
2º
fase refuerzo
Adhesivos, recubrimientos en placasResistentes a altas T →
presencia en electrodomésticos
EPOXIS: combinación e/grupos epóxidos + catalizador
δ ≈ 1,1 gr/cm3
, contracción baja: 1 - 5%Alta adhesividad frente a 2º
fases. Opacas y resistentes al calor
Resistente a impacto, flexible (bisagras), resistente corrosión
POLIURETANO:
espumas, recubrimientos y adhesivos
Espumas →
50 % (50 % domésticos y 50 % aisladores)
Reforzables
→ amplio uso industria automotriz
Estables, larga vida útil, resistentes, desde rígidas a plásticas
POLIESTER: polimerizan sin temperatura y a bajas presionesδ ≈
1,1 y 1,4 gr/cm3, contracción alta: 5 y 12 %
Reforzables, de alta tenacidad, buena resistencia químicaFácilmente coloreables
Semielaborados: barras y/o perfiles
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EspumasPolímeros + agente espumante ⇒
↓↓↓↓
δ
Celda abierta y celda cerrada -
Flexibles y rígidos
Aislaciones (térmicas, acústicas), embalajes, refuerzosestructurales y p/disminuir la densidad del material
Formas de obtener espumas:1. Incorporación de solvente, evapora y forma la espuma
2. Disolución de gas en mezcla, y expande al bajar la presión3. Burbujeo de aire durante la solidificación4. Generación de un gas, creado a través de un aditivo5. Adición de pequeñas esferas con un agente expansor
AditivosRetardadores de llama, por seguridadAntiaglomerantes, evita formación de grumos
Reguladores de tamaño de células, PM e interconectividad
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EspumasESPUMAS DE POLIESTIRENOExtrusión de PS + agente expansivo
→ Semiterminado, en placas (rígido) o rollos (flexible)→
Terminadas, directamente con la forma final
PS Exp. –
Telgopor
→ ↑ agente expansivo ⇒ ↓ δ
Perlas pequeño tamaño y fluidez, expande si ↑
T
↓↓↓↓ δ : < 0,1 gr/cm3Pre-expansión (por calentamiento)Expansión final (por vapor, entre 110-135°C)
ESPUMAS DE RESINA UREA/ FORMALDEHIDOInsufla aire a medida que cura la resinaδ
entre 0,01 y 0,024 gr/cm3, aislación térmica
No tóxicas y no combustibles, no admiten mas de 55°C
ESPUMAS EPOXIRígidas, en placa o 'in situ'Paneles, sandwich, p/impacto y sistemas de flotación
Adherencia a films de PE, a hormigón, a fibras textiles
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EspumasESPUMAS DE SILICONASAlto costo, excelente estabilidad térmica desde –70 hasta 200°C
Buenas propiedades a la resistencia eléctricaUsos biomédicos –
Protesis -
Fisiológicamente inertes
ESPUMAS VINILICAS – ESPUMAS DE PVC
Rígidas o flexibles, ↑↑↑↑ plastificante ⇒ neopreneCalandrado sobre sustratoAislantes térmicos en suelas (industria textil y calzado)PVC colaminados para revestir suelos
Flotadores de baja densidad para usos marítimosIndustria aeroespacial, sandwich entre placas de Al
ESPUMAS DE POLIURETANORígidas o flexibles, ↓↓
δ
y alta relación Peso/Resistencia
Estructura celular uniforme, texturas suaves al tactoAlta tenacidad y elasticidad bajo cargas dinámicas
Materia prima almohadones y colchones
Grandes planchas o inyectados directamenteGran durabilidad, no toman olores, no provocan alergias
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Espumas
e
[mm]
δ
[gr/cm3]
Rollos
[m]
Láminas
[mm]
3 60 1 x 15 2000 x 1000
6 60 1 x 15 2000 x 1000
9 60 1 x 10 2000 x 100013 60 1 x 8 2000 x 1000
19 65 1 x 6 2000 x 1000
25 65 1 x 4 2000 x 1000
32 65 1 x 3 2000 x 1000
Filtros de aire
Alfombras
Aplicación aislantesUsos náuticos
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Espumas
Suelos
Bolsos / Valijas
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Espumas
Transición de celda
cerrada a celda abierta
Celda cerrada
Baja δ, e pared delgado
Espumas con memoria de forma
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ElastómerosELASTOMEROS
Polímeros que admiten grandes deformaciones elásticasLatex
→
Sudeste Asiático.
Savia, aspecto lechoso, suspensión pequeñas partículas gomaCoagulado y comprimido para remover el agua
Gomas naturales: 25% del mercado total de los elastómerosVulcanizado →
enlaces covalentes, ↓
movimientos →
↑
PM
1839, Goodyear, vulcanizado de gomas naturalesRellenos, plastificantes y antioxidantes
Rellenos, negro de humo, ↓ costo e ↑ PM tracciónResistencia
[Mpa]Deformación
[%]Densidad[gr/cm3]
T admisible[°C]
Goma natural 17 – 24 750 - 850 0.93 -50 a 82
Butadieno-estireno 1.4 – 24 400 - 600 0.94 -50 a 82
Butadieno-nitrilo 3 – 6 450 – 500 1 -50 a 120
Neoprene 20 – 30 800 – 900 1.25 -30 a 115
Siliconas 3 – 8 100 – 500 1.1 - 1.6 -115 a 315
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Mezclas
Buena combinación →
efecto sinérgico deseable
Mala combinación →
efecto sinérgico indeseable
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Mezcladoras
Mezcladora de bolas y/o de tambor
Mezcladora Cono Doble
Mezcladora V
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Mezcladoras
Mezcladora de cinta
Mezcladora Bunbury
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AditivosPLASTIFICANTES
↓↓ rigidez ⇒ ↑↑ flexibilidadPVC rígido (ej.: piezas estructurales)PVC flexible (ej.: cables conductores)
Acción ‘lubricante’, ↓↓ viscosidad sobre Tf
LUBRICANTES
Típico de procesamiento↓↓
viscosidad sobre Tf
ESTABILIZADORES TERMICOS
Mantienen pmActúan en procesamiento y/o servicio
ANTIOXIDANTES
O ⇒ reduce cadenas ⇒ ↓↓ pmPérdida de color, detranslucidés
Envejecimiento ⇒
resquebrajamiento
ABSORVEDORES RAYOS UV Y ESTABILIZADORES DE LUZ
Polímeros al exterior: PE, PP, PS, PVC y PET
Rayos UV y luz ⇒ degradación química, oxidación/ photoxidaciónAbsorvedores
rayos UV (AU, minimizando los efectos)
Establizadores de luz (LS, controlando la degradación)
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AditivosRELLENOS
Carga, “NO” refuerzos↓↓
costo de la aleación
Por forma: partículas (P), fibras cortas (F)discos/placas (D), fibras largas o cintas
CaCO3↓ costo, natural
↓ de 1μm
inyección, favorece desmoldado
Caolín
Arcillaplacas de 1 a 10 μm
TalcoSilicato de magnesio hidrolizado
↓↓↓
efecto abrasivoMicroesferas de vidrio
∅
1 μm
a 1000 μm
↑↑
term. superf., ↑↑
costo, ↑↑
δv= 3 gr/cm3
Microesferas de vidrio huecas↓↓↓
δvh= 0,15 gr/cm3
Negro de humo
Carga y refuerzo en elastómerospigmento (negro) y protector de rayos UV
Sílice↓
costo, ↑↑
abrasión
ventaja/desventaja
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AditivosCOLORANTES
Propiedades →
permanencia; brillantez; transparencia,
translucidez u opacidad; dispersión; migración; toxicidad;resistencia química y térmica; resistencia a rayos UV del colorante
Pigmentos
→
sólidos, ≈
0,01 a 1 μm, insolubles
Finamente dispersos y distribuidosCantidades no mayores al 1%Polvos o encapsulados, en tolvas + pelletsInorgánicos base C, ennegrecedores, protectores rayos UV, rellenoInorgánicos base metal, TiO2
blanqueador; O
de Fe-Ti-Cr color
Tinturas
→ ↑↑ solubilidad ⇒
dispersión a nivel molecular
Líquidas, diluidas en solvente →
favorecen mezcla
P/translúcidos →
acrílico, acetatos y celofanes
Fluorescencia (típicos tonos fuertes)Fosforescencia (capacidad de almacenar luz)Perlitizantes
(perlas en un polímero translúcido)
Efectos de metalizado
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AditivosRETARDADORES DE LLAMA
Retardadores de llama (FR, flame retardants)Reducidores de humo (SS, smoke
suppressant)
Aplicaciones eléctricas, vehículos de transporte público, espumasBase mineral o de base orgánica
Alúmina trihidratada ⇒ ↑ temperatura ⇒ libera H2O
ANTIMICROBIALES
C ⇒ bacteria, hongos, musgos, algasBioestabilizadores, fungicidas, preservativos
ODORIZANTES
Odorizantes
o fragancias ⇒
olores específicos
Gomas de borrar, suelas de zapatillasControlan y/o enmascarar olores ⇒
desodorizantes
Importante rol como antimicrobial
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AditivosMODIFICADORES SUPERFICIALES
1° → interfase polímero fundido/metal calienteMatrices de extrusión; Cilindros de calandrado ‘lubricantes externos’
→ ↓↓ efecto de pegoteado
Importantes en la industria del PVC
2° caso → interfase polímero sólido/metalMatrices p/inyección, p/termoformado, p/rotomoldeadoReacción superficial ↑
desmoldado
3°
caso →
interfase polímero sólido/polímero sólido
Enrollado bobina film de PE, apilado de placasBarrera que no favorezca efecto de pegado4°
caso →
polímero sólido / estática
Aditivo ⇒ ↓ polarización de cargas estáticas
Fricción entre polímero y herramental metálico5°
caso →
polímero sólido / líquido
Ej. Lentes →
PC translúcidos
Líquido ‘moja’
toda la superficie
Líquido forma grandes gotas → ↑ % de superficie seca
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Extrusión - Conceptos
Dado
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Extrusión - Tornillos
1. Evita degradación “Dado” 2. Mantiene P constante
3. Elimina memoria polímero
Filtro
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Extrusión placas y láminas
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ExtrusiónExtrusión de mezclasTermoplásticos
+Polvos de madera
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Extrusión
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Extrusión P recisa
Calibrado ∅ exterior
Calibrado ∅
interior
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Extrusión Extra Finos
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Extrusión Extra Finos
L Die
∅ Die
70mm
Ø120mm
120mm
Ø300mm
250mm
Ø500mm
Kg/h 20-35 Kg 50-90 Kg 100-170 Kg
P ME 15 HP 40 HP 75 HP
P Q 10 Kw 40 Kw 70 Kw
V rot.
Tornillo
20 rpm
70 rpm
20 rpm
70 rpm
20 rpm
70 rpm
AlturaTorre 3 m 6 m 9 m
Ancho
Film
150 mm
500 mm300 mm 1000 mm
e Film 2-80 µ 2-80 µ 2-80 µ
P ME bob AC 1 HP AC 2 HP AC 5 HP
Zonas
Q4 7 10
Peso 2,5 Tn 4 Tn 6 Tn
Dimens. 4x2,5x17,5 5x5x2 8x9x3
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Extrusión Cables
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Inyección
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Inyección
Capacidad [g] F cierre [Tn]30 10120 125350 250800 3751500 6508500 2500
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Inyectoras
Diámetro Tornillo [mm] 60 65 70
Volumen a inyectar [cm3] 749 879 1020
Tasa de inyección [g/s] 244 286 332Fuerza cierre molde [Tn] 320
Dimensiones [m] 6,31 x 1,78 x 2,23
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Inyectoras
Diámetro Tornillo [mm] 100 108 115
Volumen a inyectar [cm3] 3846 4490 5090
Tasa de inyección [g/s] 725 800 852Fuerza cierre molde [Tn] 880
Dimensiones [m] 10,2 x 2,56 x 2,99
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Inyectoras - MFI
Melt
Flow
Index –
MFI
Indice
de colabilidad
[gr/30s]
N [kg] y T [ºC] constantes
↑
MFI ⇒ ↑ colabilidad
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Inyección - Moldes
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Inyección - Moldes
Placa fijaPlaca móvil intermedia
Placa móvil portaeyectores
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Inyección - Moldes
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Inyección – Moldes de picos calientes
Ausencia de canales alimentadores
Ausencia de pérdidas de temperatura
Transversalidad cavidad de moldeo (ausencia jetting)
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Inyección – Líneas de soldadura, WL
Picos múltiples →
diversos frentes (piezas de gran tamaño)
Presencia de insertos que dividen frentes
Flujos turbulentosModificación parámetros de inyección, de laminar a turbulento
ó
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Inyección
Insertos Metálicos
ó
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Extrusión + Soplado
Botellas desde 500cm3
Matricería de bajo costo
Facilidad para conformar manijas
Facilidad para geometrías irregulares
ó
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Extrusión + Soplado
ió S l d
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Inyección + Soplado
Inyección “Preforma”
“Preforma” soplada
I ió S l d
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Inyección + Soplado
Botellas desde 500 cm3
hasta 3000 cm3
Cierre hermético, bebidas carbonatadas
Bajas tolerancias
Nulas operaciones de terminaciónMateriales rígidos: PET, PC
Reciclado PET
R t ld
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RotomoldeoRazones para rotomoldear
- Piezas huecas sin presencia de costuras- Herramental de bajo costo- Libertad en diseño desde 25 a 25.000 piezas
- ∅: desde 25 mm hasta 4 m- Espesores pared 7,5 y 30 mm- Posibilidad de doble pared- Presencia de insertos metálicos
- Posibilidad de distintas texturas
Rotomoldeo
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Materiales a rotomoldearPE, LLDPE, HDPE
Goma EVAPP, PC, Plastisoles
vinílicos
Nylon
TexturasLustroso, Mate, Satinado, Arenado
Moldes
Al fundido, hojas de metal ferroso,Aceros al C, aceros inoxidablesBase Cu para enfriamientos especiales
Rotomoldeo
R t ld
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Rotomoldeo
V rotación < 60 rpm
1.
Carga polvos
con el peso exacto
2. Rotación + ↑↑↑ Qentre 7’
y 15’
3. Rotación + ↓↓↓ Q
4. Desmoldado
Complejo p/ piezasde gran tamaño
R t ld
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Rotomoldeo
Equipos
Giro y vaivén (Rock and Roll): piezas de gran tamaño
De horno tipo caja: todo tipo de pelotas, juguetes y autopartes
De tipo cofre: bajo costo pero ciclo mas largo
RotomoldeoMateriales
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Rotomoldeo
Forma y diseño
Evitar secciones largas y
planas, tendencia apandeo
Buen control e de pared
Variaciones < 10% de e
Principales factores:Q y v rotación
Materiales
Termoplásticos con capacidad para ser molidoGranulometría: 16 a 50 MeshMezcla de tamaños → ↑↑ inhomogeneidad
en la fusión
Fluidez y facilidad de fusión
Agregados de espumado↑↑
rigidez y resistencia al impacto
Aislante térmico, ruido y vibraciones
Aditivos
Antioxidantes, ↓↓↓
degradación
por calentamiento, variando PMdesde 10 veces hasta 20 %.
Estabilizadores de rayos UV
PigmentosCargas
Termoformado
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T calentamiento láminas > TgEspesor láminas: 0,3 / 3 mmSuperficies de hasta 4m2
Presiones desde 5 bar en adelanteTiempo ciclo típico < 60 s
Termoformado
Termoformado
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Termoformado
Vacío Hembra
Vacío Macho
Termoformado
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Termoformado
Vacío + Aire Macho
Vacío + Aire Hembra
Termoformado
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Termoformado
Termoformado mecánico
Termoformado
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Termoformado
Termoformado
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Termoformado
Blisters: Films de PVC
”sobre producto”
Termorrígidos - Procesamiento
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Termorrígidos - Procesamiento
Termorrígidos - Procesamiento
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Termorrígidos - Procesamiento
Termorrígidos - Compresión
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Termorrígidos - Compresión
1º. Mezcla y precalentamiento
+
2º. Moldeo por compresión
Ventaja
No hay alimentadores,muy poca pérdida material
Bajas presiones aplicación
Posibilidad grandes áreas,mayores a 1m2
Industria automotriz
Termorrígidos - Compresión
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Termorrígidos Compresión
Detalles de moldePresencia de canales
de calentamiento
PRECAUCION
T preforma
+
T molde
+
T exotérmica
Siempre menor a Td
!!!
degradación eje térmico
Termorrígidos - Transferencia
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Termorrígidos Transferencia
Descenso de la viscosidad ⇒
disminuye fuerza inyección
Termorrígidos - RIM
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Termorrígidos RIM
Parte A Parte B
Mezcla
Llenado
Curado
Desmoldado
Terminación
Post-curado
Pintado
Termorrígidos - RIM
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Termorrígidos RIM
Pieza S= 1 m2 RIM TIM
T reactantes [ºC] 40 200
T molde [ºC] 70 25Viscosidad [Pa.s] 0,1-1 102-105
P inyección [bar] 100 1000
F cierre molde [T] 50 5000
Ventajas
Baja viscosidad, Formas complejasMúltiples entradas, Bajo costoAutomatización total
DesventajasMuy alta velocidad de reacciónLimpieza de toberas dosificadoras
Calandrado
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Calandrado
Films de 150 a 900 μm
Calandrado
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Calandrado
Costos - Comparación
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Compresión
Casting
CalandradoExtrusión de films
Inyección termoplásticos TIM
Extrusión cablesExtrusión + SopladoInyección espumadosEstampado por fundidos
Extrusión perfiles
RotomoldeoExtrusión planosTermoformadoTransferenciaInyección termorrígidos RIMInyección + Soplado
Costos Comparación
Alto
Muy bajo
Bajo
Medio
Distribución % de equiposen Argentina