1. PROCESOS DE CONFORMADO PARA PLÁSTICOS
CONTENIDO DEL CAPÍTULO
13.1 Propiedades de los polímeros fundidos
13.2 Extrusión
13.2.1 Proceso y equipo
13.2.2 Análisis de la extrusión
13.2.3 Configuraciones del troquel y productos extruidos
13.2.4 Defectos de la extrusión
13.3 Producción de hojas y película
13.4 Producción de fibras y filamentos (hilado)
13.5 Procesos de recubrimiento
13.6 Moldeo por inyección
13.6.1 Proceso y equipo
13.6.2 El molde
13.6.3 Máquinas de moldeo por inyección
13.6.4 Contracción
13.6.5 Defectos en el moldeo por inyección
13.6.6 Otros procesos del moldeo por inyección
13.7 Moldeo por compresión y transferencia
13.7.1 Moldeo por compresión
13.7.2 Moldeo por transferencia
13.8 Moldeo por soplado y moldeo rotacional
13.8.1 Moldeo por soplado
13.8.2 Moldeo rotacional
13.9 Termo formado
13.10 Fundición
13.11 Procesamiento y formado de espuma de polímero
13.11.1 Procesos de espumado
13.11.2 Procesos de conformado
13.12 Consideraciones sobre el diseño del producto
13.12.1 Consideraciones generales
13.12.2 Plásticos extruidos
13.12.3 Piezas moldeadas

2. Los plásticos pueden conformarse en una variedad amplia de productos, tales
como piezas moldeadas, secciones extruidas, películas y hojas, recubrimientos
para aislar alambres eléctricos y fibras para textiles. Además, es frecuente que
los plásticos sean el ingrediente principal de otros materiales, como pinturas y
barnices, adhesivos y varios compuestos de matriz de polímero. En este
capítulo se estudian las tecnologías por las que estos productos reciben su
forma, y se deja para capítulos posteriores el análisis de pinturas y barnices,
adhesivos y compuestos. Muchos procesos para darles forma a los plásticos se
adaptan a los cauchos y a los compuestos de matriz de polímero.
Es posible identificar varias razones por las que los procesos para dar forma a
los plásticos son importantes:
La variedad de los procesos de formado y la facilidad con que se
procesan los polímeros permiten una diversidad casi ilimitada de formas
geométricas de las piezas por formar.
Muchas piezas de plástico se forman por moldeo, que es un proceso de
forma neta; por lo general no se necesita una conformación adicional.
Aunque generalmente se requiere calentamiento para conformar los
plásticos, se necesita menos energía que para los metales porque las
temperaturas de procesamiento son mucho menores.
Debido a que en el procesamiento se emplean temperaturas menores, el
manejo del producto se simplifica durante la producción. Debido a que
muchos métodos para procesar plástico son operaciones de un solo
paso (por ejemplo, moldeo), la cantidad de manejo del producto que se
requiere se reduce de manera sustancial en comparación con los
metales.
No se requiere dar a los plásticos acabados con pintura o recubrimientos
(excepto en circunstancias inusuales).
.
Los procesos para dar forma a los plásticos se clasifican de acuerdo con la
forma geométrica del producto resultante:
1. productos extruidos continuos con sección transversalconstante distinta
de las hojas, películas y filamento
2. hojas y películas continuas
3. filamentos continuos (fibras)
4. piezas moldeadas que son, sobre todo, sólidas
5. piezas moldeadas huecas con paredes relativamente delgadas
6. piezas discretas hechas de hojas y películas formadas
7. fundidos
8. productos de espuma
13.1 PROPIEDADES DE LOS POLÍMEROS FUNDIDOS
Para dar forma a un polímero termoplástico éste debe calentarse de modo que
se suavice hasta adquirir la consistencia de un líquido. Esta forma se denomina
polímero fundido, que tiene varias propiedades y características únicas, que
se estudian en esta sección.
 Viscosidad Debido a su alto peso molecular, un polímero fundido es un
fluido espeso con viscosidad elevada. Tal como se definió el término en
la sección, la viscosidad es una propiedad de los fluidos que relaciona

3. la fuerza cortante que se experimenta durante el movimiento del fluido
con la tasa de deformación. La viscosidad es importante en el
procesamiento de polímeros porque la mayoría de métodos para dar
forma involucran el flujo del polímero fundido a través de canales
pequeños o aberturas de troqueles.
La relación entre la fuerza cortante y la deformación cortante es proporcional,
con la viscosidad como constante de proporcionalidad:
τ = η γ&,o bien , η= τγ&
τ = k(γ&)n
 ViscoelasticidadOtra propiedad que poseen los polímeros fundidos es
la viscoelasticidad.Esta propiedad se estudió en el contexto de
polímeros sólidos, en la sección Sin embargo, también la tienen los
polímeros líquidos. Un buen ejemplo es la expansión del troquel en la
extrusión, en la que el plástico caliente se expande conforme sale de
laabertura del troquel.
La expansión del troquel se mide con más facilidad para una sección
transversal circular, por medio de la razón de expansión, que se define como
rs= D x Dd

4. 13.2 EXTRUSIÓN
La extrusión es uno de los procesos fundamentales para dar forma a los
metales y cerámicos, así como a los polímeros. La extrusión es un proceso de
compresión en el que se fuerza al material a fluir a través de un orificio
practicado en un troquel a fin de obtener un producto largo y continuo, cuya
sección transversal adquiere la forma determinada por la del orificio.
13.2.1 Proceso y equipo
En la extrusión de polímeros, se alimenta material en forma de pellets o polvo
hacia dentro de un barril de extrusión, donde se calienta y funde y se le fuerza
para que fluya a través de la abertura de un troquel por medio de un tornillo
rotatorio.
Componentes y características de un extrusor (de un solo tornillo) para plásticos y elastómeros.
En el extremo del barril opuesto al troquel se localiza una tolva que contiene el
material que se alimenta. Los pellets se alimentan por gravedad al tornillo
rotatorio, cuya rosca mueve al material a lo largo del barril. Se utilizan
calentadores eléctricos para fundir al inicio los pellets sólidos; después, la
mezcla y el trabajo mecánico del material generaráncalor adicional, lo que
mantiene fundido al material. En ciertos casos, se suministra calor suficiente a
través de la mezcla y acción cortante de modo que no se requiere calor
externo.
En realidad, en ciertos casos el barril debe enfriarse desde el exterior a fin de
impedir el sobrecalentamiento del polímero.
El material se hace avanzar a lo largo del barril hacia la abertura del troquel,
por medio de la acción del tornillo extrusor, que gira a unas 60 rev/min. El
tornillo tiene varias funciones y se divide en secciones que son:
1) sección de alimentación, en la que el material se mueve del puerto de la
tolva y recibe precalentamiento
2) sección de compresión, en la que el polímero se transforma para adquirir
consistencia líquida, se extrae del fundido el aire atrapado entre los pellets y se
comprime el material
3) sección de medición, en la que se homogeniza al fundido y se genera
presión suficiente para bombearlo a través de la abertura del troquel.

5. Tan A = p/π D
Dondep ancho del tornillo
El avance del polímero a lo largo del barril lo hace llegar en última instancia a la
zonamuerta. Antes de llegar al troquel, el fundido pasa a través del paquete de
la pantalla, unaserie de mallas de alambre sostenidas por una placa rígida
(llamada placa rompedora) que contiene agujeros axiales pequeños. El
paquete de la pantalla sirve para
1) filtrar los contaminantes y grumos duros del fundido
2) generar presión en la sección de medición
3) forzar al flujo del polímero fundido y borrar de su “memoria” el movimiento
circular impuesto por el tornillo.
Lo que se ha descrito aquí es la máquina de extrusión de un solo tornillo.
También debe mencionarse los extrusores de tornillos gemelos, ya que
ocupan un lugar importante en la industria. En estas máquinas, los tornillos son
paralelos y se encuentran lado a lado dentro del barril. Los extrusores de
tornillos gemelos parecen adaptarse en especial al
PVC rígido, el cual es un polímero difícil de extruir, y a materiales que requieren
una mezcla mayor.
13.2.2 Análisis de la extrusión
En esta sección se desarrollan modelos matemáticos para describir, en forma
simplificada, varios aspectos de la extrusión de polímeros.
Flujo fundido en el extrusor Conforme el tornillo gira dentro del barril, el
polímero fundido se ve forzado a moverse hacia delante, en dirección del
troquel; el sistema opera en forma muy parecida a un tornillo de Arquímedes. El
mecanismo principal de transporte es el flujo por arrastre, que resulta de la
fricción entre el líquido viscoso y las dos superficies opuestas que se mueven
una respecto de la otra; 1) el barril estacionario y 2) el canal del tornillo
giratorio.
Qd= 0.5υ dw
υ = πDN cosA
d = dc
w = wc= (πDtanA −wf)cosA
wc= π DtanA cosA = π D sen A
Qd= 0.5π 2D2Ndc sen A cosA

6. Qb=πDdc3 sen2A / 12η (dp / dl)
Qb= pπDdc3 sen2A / 12ηL
Qx= Qd−Qb
Características del extrusor y del troquel
Si la contrapresión es igual a cero, de modo que el flujo fundido no tenga
restricción en el extrusor, entonces el flujo sería igual al flujo por arrastre
Qddado por la ecuación. Dados los parámetros de diseño y operación
Gastos de extrusión
Qmáx = 0.5π 2D2N dc senA cosA (13.14)
Qx= Qd−Qb= 0, por lo tanto, Qd= Qb
pmáx = 6πDNLη cot A dc
Qx= Ks p
ks= πDd4
13.2.3 Configuraciones del troquel y productos extruidos
La forma del orificio del troquel determina la forma de la sección transversal del
extruido. Se puede enumerar los perfiles de troquel comunes y las formas
extruidas correspondientes, como sigue:
1) perfiles sólidos
2) perfiles huecos, como tubos
3) recubrimientos de alambre y cable
4) hoja y película
5) filamentos

7. Perfiles sólidos
Éstos incluyen formas regulares: círculos, cuadrados y secciones
transversalestales como formas estructurales, molduras para puertas y
ventanas, y accesoriospara automóviles y viviendas. La sección trasversal de la
vista lateral de un troquel paraestas formas sólidas. Justo más allá del extremo
del tornillo yantes del troquel, el polímero fundido pasa a través del paquete de
la pantalla y la placarompedora para fortalecer las líneas de flujo. Después
fluye hacia la entrada (por logeneral) convergente del troquel; la forma está
diseñada para mantener un flujo laminar yevitar puntos muertos en las
esquinas que de otro modo estarían presentes cerca del orificio.
Perfiles huecos La extrusión de perfiles huecos, tales como tubos, tuberías,
mangueras y otras secciones transversales que incluyen agujeros, requiere un
mandril para obtener la forma hueca.
Recubrimiento de alambre y cable El recubrimiento de alambre y cable para
aislarlos es uno de los procesos de extrusión de polímeros más importantes.
Fractura del fundido En la que las tensiones que actúan sobre el fundido
inmediatamente antes y durante su paso a través del troquel son tan grandes
que ocasionan una falla, que se manifiesta en forma de la superficie muy
irregular del extruido.

8. Un defecto más común de la extrusión es la piel de tiburón, en la que la
superficie del producto se arruga al salir del troquel. Conforme el fundido fluye
a través de la abertura del troquel, la fricción en la interfaz ocasiona un perfil de
velocidad a través de la sección transversa.
Los esfuerzos de tensión aparecen en la superficie al estirarse este material
para estar a la par con el núcleo central que se mueve más rápido. Estos
esfuerzos ocasionan rupturas menores que arrugan la superficie. Si el
gradiente de velocidad se vuelve extremo, aparecen marcas prominentes en la
superficie, lo que le da el aspecto de un tronco de bambú; de ahí el nombre de
bambú para este defecto más severo.
13.3 PRODUCCIÓN DE HOJAS Y PELÍCULA
Las hojas (láminas) y películas de termoplástico se producen por medio de
varios procesos; los más importantes son dos métodos que se basan en la
extrusión.
Todos los procesos que se estudian en esta sección son operaciones continuas
de producción elevada. Más de la mitad de las películas que se producen hoy
día son de polietileno, la mayor parte PE de baja densidad. Los demás
materiales principales son el polipropileno, cloruro de polivinilo y celulosa
regenerada (celofán). Todos éstos son polímeros termoplásticos.
Extrusión de hoja y película con troquel de rendija Se producen hojas y
películas deespesores diversos por medio de extrusión convencional, con el
uso de una rendija angostacomo abertura del troquel.

9. Para lograr tasas altas de producción, debe integrarse al proceso de extrusión
un método eficiente de enfriamiento y captura de la película. Por lo general,
esto se hace dirigiendo de inmediato el material extruido hacia una tina de agua
o hacia rodillos gélidos.
Debido al método de enfriamiento que se usa en este proceso, se le conoce
como extrusión con rodillo frío.
Proceso de extrusión de película soplada Éste es el otro proceso muy usado
para hacer película delgada de polietileno para empaque. Es un proceso
complejo que combina la extrusión y el soplado para producir un tubo de
película delgada.
Uso de a) inmersión súbita en agua o b) rodillos fríos, para lograr la solidificación
rápida de la película fundida después de la extrusión.

10. 13.4 PRODUCCIÓN DE FIBRAS Y FILAMENTOS (HILADO O HILANDERÍA)
La aplicación más importante de las fibras y filamentos se da en los textiles. Su
uso como materiales de refuerzo de los plásticos (compuestos) es una
aplicación que va en aumento, pero aún es pequeña en comparación con los
textiles. Una fibra se define como una banda larga y delgada de material cuya
longitud es al menos 100 veces mayor que la dimensión de su sección
transversal. Un filamento es una fibra de longitud continua.
El hilado fundidose emplea cuando el polímero de inicio se procesa mejor si
se calienta hasta fundirlo y se bombea a través de la hilera, en forma muy
parecida a la extrusión convencional.
En el hilado seco el polímero de inicio está en solución, y el solvente se
separa por evaporación. El extruido se jala a través de una cámara caliente que
elimina el solvente; por otro lado, la secuencia es similar a la anterior. Las
fibras de acetato de celulosa y acrílico se producen con este proceso. En el
hilado húmedo, el polímero también está en solución, sólo que el solvente no
es volátil. Para separar al polímero, debe pasarse al extruido a través de un
producto químico líquido que coagula o precipita al polímero en coherentes que
luego se colocan en bobinas.
13.5 PROCESOS DE RECUBRIMIENTO
El recubrimiento con plástico (o caucho) involucra la aplicación de una capa del
polímero dado sobre un material que es el sustrato. Se observan tres
categorías:
1) Recubrimiento de alambre y cable
2) recubrimiento plano, que involucra recubrir una película plana
3) recubrimiento de contorno, que cubre un objeto tridimensional. Ya se estudió
el recubrimiento de alambre y cable; se trata en lo básico de un proceso de
extrusión

11. 13.6 MOLDEO POR INYECCIÓN
El moldeo por inyección es un proceso con el que se calienta un polímero
hasta que alcanza un estado muy plástico y se le fuerza a que fluya a alta
presión hacia la cavidad de un molde, donde se solidifica. Entonces, la pieza
moldeada, llamada moldeo, se retira de la cavidad.
El proceso produce componentes discretos que casi siempre son de forma
neta. Es común que el ciclo de producción dure de 10 a 30 segundos, aunque
no son raros ciclos de un minuto o más. Asimismo, el molde puede contener
más de una cavidad, de modo que en cada ciclo se producen molduras
múltiples
13.6.1 Proceso y equipo
La unidad de sujeción se relaciona con la operación del molde. Sus funciones
son
1) mantener las dos mitades del molde alineadas en forma correcta una con
otra,
2) mantener cerrado al molde durante la inyección, por medio de la aplicación
de una fuerza que lo sujeta lo suficiente para resistir la fuerza de inyección
3) abrir y cerrar el molde en los momentos apropiados del ciclo de inyección. La
unidad de abrazadera consiste en dos placas, una fija y otra móvil, y un
mecanismo para mover ésta.
El mecanismo básicamente es una prensa de potencia que funciona por medio
de un pistón hidráulico o dispositivos de palanca mecánica de varios tipos. Las
máquinas grandes disponen de fuerzas de abrazadera de varios miles de
toneladas.

12. 13.6.3 Máquinas de moldeo por inyección
Las máquinas de moldeo por inyección difieren tanto en la unidad de inyección
como en la de sujeción. En esta sección se estudia los tipos importantes de hoy
día. El nombre de la máquina de moldeo por inyección por lo general se basa
en el tipo de unidad inyectora que se emplea.
Unidades de inyección En la actualidad son dos tipos de unidades de
inyección los que más se utilizan.
Unidades de sujeción Los diseños de sujeción son de tres tipos: de palanca,
hidráulica e hidromecánica. La sujeción de palanca incluye varios diseños,
uno de los cuales se ilustra

13. 13.6.4 Contracción
Los polímeros tienen coeficientes de expansión térmica elevados, y durante el
enfriamiento del plástico en el molde ocurre una contracción significativa.
Algunos termoplásticos sufren una contracción volumétrica de alrededor de
10% después de la inyección en el molde. La contracción de plásticos
cristalinos tiende a ser mayor que para los polímeros amorfos. La contracción
se expresa por lo general como la reducción en el tamaño lineal que ocurre
durante el enfriamiento a temperatura ambiente a partir de la temperatura del
molde para el polímero dado. Por ello, las unidades apropiadas son mm/mm
(in/in) de la dimensión en estudio.
.
13.6.5 Defectos en el moldeo por inyección
Disparos cortos: Igual que en el fundido, un disparo corto es un moldeo que
se solidifica incrementa la temperatura y/o la presión. El defecto también surge
por el uso de una máquina con capacidad de disparo insuficiente, caso en el
que es necesario un aparato más grande.
Rebabas: Las salpicaduras ocurren cuando el polímero fundido se escurre por
la superficie de separación, entre las placas del molde; también sucede
alrededor de los pasadores de inyección. Por lo general, el defecto lo
ocasionan
1) conductos y claros demasiado grandes en el molde
2) presión de inyección demasiado alta en comparación con la fuerza de
sujeción
3) temperatura de fusión demasiado elevada
4) tamaño excesivo del disparo.
Marcas de hundimiento y vacíos: Éstos son defectos que por lo general se
relacionan con secciones moldeadas gruesas. Una marca de hundimiento
ocurre cuando la superficie exterior del molde se solidifica, pero la contracción
del material del interior hace que la capa se reduzca por debajo del perfil que
se planeaba. Un vacío es ocasionado por el mismo fenómeno básico; sin
embargo, el material de la superficie conserva su forma y la contracción se
manifiesta como un vacío interno debido a fuerzas de tensión grandes sobre el
polímero que aún está fundido. Estos defectos se eliminan con el incremento
de la presión de compactación posterior a la inyección. Una mejor solución
consiste en diseñar la pieza para tener espesor uniforme de la sección, y
utilizar secciones más delgadas.
Líneas de soldadura: Las líneas de soldadura ocurren cuando el polímero
fundido fluye alrededor de un núcleo o de otro detalle convexo en la cavidad del
molde, y se encuentra desde direcciones opuestas; la frontera así formada se
denomina línea de soldadura, y tiene propiedades mecánicas inferiores a las
del resto de la pieza.
13.6.6 Otros procesos del moldeo por inyección
La mayoría de las aplicaciones del moldeo por inyección involucran a los
termoplásticos.
En esta sección se describen algunas variaciones del proceso.
Moldeo por inyección de espuma termoplástica Las espumas de plástico
tienen variasaplicaciones, y en la sección 13.11 se estudian dichos materialesy

14. su procesamiento. Uno de los procesos, en ocasiones llamado moldeo de
espuma estructural, es apropiado que se estudie aquí porque se trata de
moldeo por inyección. Involucra el moldeo de piezas de termoplástico que
poseen una capa exterior densa que rodea a un centro de espuma ligera.
Dichas piezas tienen razones de rigidez a peso apropiadas para las
aplicaciones estructurales.
Procesos de moldeo por inyección múltiple Es posible obtener efectos poco
usuales por medio de la inyección múltiple de polímeros diferentes para
moldear una pieza. Los polímeros se inyectan en forma simultánea o
secuencial, y puede haber más de una cavidad de molde involucrada. Varios
procesos caen en este rubro, todos caracterizados por dos o más unidades de
inyección; así, el equipamiento para estos procesos es caro.
Moldeo por inyección de reacción El moldeo por inyección de reacción
(RIM, por sus siglas en inglés) involucra la mezcla de dos ingredientes líquidos
muy reactivos, con la inyección inmediata de ésta en la cavidad de un molde,
donde reacciones químicas hacen que ocurra la solidificación. Los dos
ingredientes forman los componentes empleados en sistemas activados por
catalizadores o por mezcla. Los uretanos, epóxidos y formaldehídos de urea
son ejemplos de estos sistemas. El RIM se desarrolló con el poliuretano para
producir grandes componentes automotrices tales como defensas, alerones y
salpicaderas. Esta clase de piezas constituye la aplicación principal del
proceso.
13.7 MOLDEO POR COMPRESIÓN Y TRANSFERENCIA
En esta sección se estudian dos técnicas que se emplean mucho para
polímeros termos fijos y elastómeros. Para los termoplásticos, estas técnicas
no alcanzan la eficiencia del moldeo por inyección, excepto para aplicaciones
muy especiales.
13.7.1 Moldeo por compresión
Es un proceso antiguo y muy utilizado para plásticos termofijos. Sus
aplicaciones también incluyen discos de fonógrafo termoplásticos, llantas de
caucho y varias piezas compuestas de matriz de polímero. El proceso, que se
ilustra en la figura 13.28 para un plástico TS consiste en

15. 1) cargar la cantidad precisa del compuesto de moldeo, llamada carga, en
lamitad inferior de un molde calentado
2) juntar las mitades del molde para comprimir la carga, forzarla a que fluya y
adopte la forma de la cavidad
3) calentar la carga por medio del molde caliente para polimerizar y curar el
material en una pieza solidificada
4) abrir las mitades del molde y retirar la pieza de la cavidad.
La carga inicial del compuesto para el moldeo puede estar en varias formas,
incluso polvo o pellets, líquida o preformada. La cantidad de polímero debe
controlarse con precisión para obtener consistencia repetible en el producto
moldeado. Se ha vuelto práctica común precalentar la carga antes de colocarla
en el molde; esto suaviza al polímero y acorta la duración del ciclo de
producción. Los métodos de precalentamiento incluyen calentadores
infrarrojos, convección en un horno y uso de tornillo rotatorio caliente en un
barril. La última técnica (tomada del moldeo por inyección) también se usa para
medir la cantidad de la carga.
13.7.2 Moldeo por transferencia
En este proceso se introduce una carga termofija (preformada) a una cámara
inmediatamente delante de la cavidad del molde, donde se calienta; después
se aplica presión para forzar al polímero suavizado a fluir hacia el molde
caliente en el que ocurre la cura. Hay dos variantes del proceso, que se ilustra
en la figura 13.29: a) moldeo por transferencia devasija, en el que la carga
se inyecta desde una “vasija” a través de un canal de mazarota vertical en la
cavidad; y b) moldeo por transferencia de pistón, en el que la carga se
inyecta por medio de un pistón desde un depósito caliente a través de canales
laterales hacia la cavidad del molde. En ambos casos, en cada ciclo se
generan desperdicios en forma de material sobrante en la base del depósito y
los canales laterales, llamado desecho. Además, en la transferencia de vasija
el bebedero constituye material que se desperdicia. Debido a que los polímeros
son termofijos, los desechos no pueden recuperarse.
13.8 MOLDEO POR SOPLADO Y MOLDEO ROTACIONAL
Estos dos procesos se emplean para fabricar piezas huecas y sin costura de
polímeros termoplásticos. El moldeo rotacional también se utiliza para
termofijos.

16. El moldeo por sopladoEs un proceso en el que se utiliza presión del aire para
inflar plástico suave dentro de la cavidad de un molde. Es un proceso industrial
importante para fabricar piezas de plástico huecas, de una sola pieza y con
paredes delgadas, como botellas y contenedores similares. Debido a que
muchos de esos artículos se utilizan para bebidas para el consumidor
destinadas a mercados masivos, su producción está organizada para
cantidades muy grandes. La tecnología proviene de la industria del vidrio, con
la que los plásticos compiten en el mercado de las botellas
Moldeo por soplado y extrusión Esta forma de moldear consiste en el ciclo.
En la mayoría de casos el proceso se organiza como operación de producción
elevada para fabricar botellas de plástico. La secuencia es automática y, por lo
general, se integra con operaciones posteriores tales como el llenado y
etiquetado de las botellas.
.
13.8.2 Moldeo rotacional
El moldeo rotacional utiliza la gravedad en lugar de un molde rotatorio, a fin de
lograr una forma hueca. El también llamado rotomoldeoes una alternativa al
moldeo por soplado a fin de fabricar formas grandes y huecas. Se emplea
principalmente para polímeros termoplásticos, pero cada vez son más comunes
las aplicaciones para termofijos y elastómeros
Elproceso consiste en las siguientes etapas:

17. 1) se carga una cantidad predeterminada de polvode polímero en la cavidad de
un molde deslizante.
2) Después se calienta el molde y se gira en forma simultánea sobre dos ejes
perpendiculares, de modo que el polvo impregna todas las superficies interiores
del molde, y forma gradualmente una capa fundida de espesor uniforme.
3) Mientras aún gira, el molde se enfría de modo que la capa exterior de
plástico se solidifica.
4) Se abre el molde y se descarga la pieza. Las velocidades rotacionales que
se emplean en el proceso son relativamente bajas. Es la gravedad, no la fuerza
centrífuga, la que genera el recubrimiento uniforme de las superficies del
molde.
Con moldeo rotacional se elabora una variedad fascinante de artículos. La lista
incluye juguetes huecos tales como caballitos y pelotas; cascos de lanchas y
canoas, cajas de arena, alberquitas; boyas y otros dispositivos de flotación;
elementos de cajas de tráiler, tableros automotrices, tanques de combustible;
piezas de equipaje, mobiliario, botes para basura; maniquíes; barriles
industriales de gran tamaño, contenedores y tanques de almacenamiento;
excusados portátiles, y tanques sépticos. El material más utilizado para
moldear es el polietileno, en especial el HDPE. Otros plásticos incluyen el
polipropileno,
13.9 TERMOFORMADO
El termoformadoes un proceso en el que se calienta y deforma una hoja plana
termoplástica para hacer que adquiera la forma deseada. El proceso se utiliza
mucho para empacar productos de consumo y para fabricar artículos grandes
como tinas de baño, reflectores de contorno y forros interiores de puertas para
refrigeradores.
El termoformado consiste en dos etapas principales:
1) calentamiento
2) formado.

18. 13.9 Termoformado
Termoformado al vacío El primer método fue el termoformado al vacío
(llamado tan sólo formado al vacío, cuando se creó en la década de 1950) en
el que se utiliza una presión negativa para empujar una hoja precalentada
contra la cavidad de un molde.
Termoformado de presión Una alternativa para formar al vacío involucra a
una presión positiva que fuerza al plástico calentado hacia la cavidad del
molde. Ésta se llama
termoformado de presión, o formado por soplado; su ventaja sobre el
formado al vacío es que es posible generar presiones más grandes, ya que
esta última se limita a un máximo teórico de 1 atm.
Un molde positivo tiene forma convexa. En el termoformado se utilizan ambos
tipos. En el caso del molde positivo, la hoja calentada se oprime sobre la forma
convexa y se utiliza presión negativa o positiva para forzar al plástico contra la
superficie del molde.

19. 13.10 FUNDICIÓN
En la conformación de polímeros, la fundición involucra verter una resina
líquida a un molde, con el uso de la gravedad para llenar la cavidad, y dejar
que el polímero se endurezca.
Tanto los termoplásticos como los termofijos se funden. Algunos ejemplos de
los primeros incluyen los acrílicos, poliestireno, poliamidas (nylon) y vinilos
(PVC). La conversión de la resina líquida en un termoplástico endurecido se
lleva a cabo de varias maneras, que incluyen
1) calentar la resina termoplástica a un estado muy fluido de modo que se
vierta y llene la cavidad del molde con facilidad, y después se le deja enfriar y
solidificar en el molde
2) usar un prepolímero (o monómero) de peso molecular bajo y polimerizarlo en
el molde para que forme un termoplástico de peso molecular elevado
3) verter un plastisol(suspensión líquida de partículas finas de una resina
termoplástica como el PVC, en un plastificador) en un molde calentado para
que forme un gel y se solidifique.
Las ventajas de la fundición sobre procesos alternativos como el moldeo por
inyección incluyen las siguientes:
1) el molde es más sencillo y menos costoso
2) el artículo fundido está relativamente libre de esfuerzos residuales y
memoria viscoelástica
3) el proceso es apropiado para cantidades pequeñas de producción. Al
centrarnos en la segunda ventaja, las hojas de acrílico (plexiglás, Lucite), por lo
general, se funden entre dos placas de vidrio muy pulidas. El proceso de
fundición permite un grado alto de aplanamiento y que se logren las cualidades
ópticas que son deseables en las hojas de plástico transparente. Dicho
aplanamiento y transparencia no pueden obtenerse con la extrusión de hojas
planas. Una desventaja de ciertas aplicaciones es la contracción significativa
de la pieza fundida durante la solidificación. Por ejemplo, las hojas de acrílico
pasan por una contracción volumétrica de alrededor de 20% cuando se funden.
Esto es mucho más que en el moldeo por inyección, en el que se emplean
presiones elevadas para comprimir la cavidad del molde a fin de reducir la
contracción.
La fundición en hueco es una alternativa a la fundición convencional; se deriva
de la tecnología de fundición de metal. En la fundición en hueco, se vierte un
plastisol líquidoen la cavidad de un molde de deslizamiento caliente, por lo que
se forma una capa en lasuperficie del molde. Después de una duración que

20. depende del espesor que se desea tenga la capa, se extrae el exceso de
líquido del molde; luego se abre este para retirar la pieza.
13.11 PROCESAMIENTO Y FORMADO DE ESPUMA DE
POLÍMERO
Una espuma de polímero es una mezcla de polímero y gas, lo que da al
material una estructura porosa o celular. Otros términos que se emplean para
las espumas de polímero incluyen polímero celular, polímero soplado y
polímero expandido. Las espumas de polímero más comunes son el
poliestireno (Styrofoam, marca registrada) y poliuretano. Otros polímeros que
se utilizan para fabricar espumas incluyen cauchos naturales (“caucho
espumado”) y cloruro de polivinilo (PVC).
Las propiedades características de un polímero espumado incluyen:
1) baja densidad,
2) alta resistencia por unidad de peso
3) buen aislamiento térmico
4) buenas cualidades de absorción de energía. La elasticidad del polímero
base determina la propiedad correspondiente de la espuma.
Las espumas de polímero se clasifican
1) elastoméricas, en las que la matriz de polímero es un caucho, capaz de una
gran deformación elástica
2) flexible, en el que la matriz es un polímero muy plástico tal como el PVC
suave
3) rígido, en el que el polímero es un termoplástico rígido tal como el
poliestireno o un plástico termofijo como un fenólico. En función de la
formulación química y grado de entrecruzamiento, el poliuretano varía entre las
tres categorías.
13.11.1 Procesos de espumado
Los gases comunes que se usan en las espumas de polímero son aire,
nitrógeno y dióxido de carbono. La proporción del gas varía hasta 90% o más.
Éste se introduce en el polímero con varios métodos, llamados procesos de
espumado. Éstos incluyen:
1) mezclar una resina líquida con aire por agitación mecánica, después se
endurece el polímero por medio de calor o reacción química
2) mezclar un agente de soplado físico con el polímero, un gas como el
nitrógeno (N2) o el pentano (C5H12), que se disuelve en el polímero fundido
sujeto a presión, de modo que el gas sale de la solución y se expande cuando
después se reduce la presión
3) se mezcla el polímero con componentes químicos, llamados agentes
desoplado químicos que se descomponen a temperaturas altas y liberan
gases tales como el CO2 o el N2 dentro de la mezcla.
13.11.2 Procesos de conformado
Hay muchos procesos para dar forma a los productos de espuma de polímero.
Como las dos espumas más importantes son el poliestireno y el poliuretano, el
presente análisis se limita a los procesos de conformación de estos dos
materiales. Debido a que el poliestirenoes un termoplástico y el poliuretano
puede ser un termofijo o bien un elastómero (tambiénun termoplástico, pero es

21. menos importante en esta forma), los procesos que se estudian aquí para
dichos materiales son representativos de los que se emplean en otras espumas
de polímero.
13.12 CONSIDERACIONES SOBRE EL DISEÑO DEL
PRODUCTO
Los plásticos son un material importante de diseño, pero el diseñador debe
estar alerta a sus limitaciones. En esta sección se enlistan algunos
lineamientos de diseño para componentes de plástico, se comienza con las que
se aplican en general y siguen las aplicables a la extrusión y moldeo (moldeo
por inyección, por compresión y transferencia).
13.12.1 Consideraciones generales
Estos lineamientos generales se aplican sin importar el proceso de formado.
Sobre todo son limitaciones de los materiales plásticos que el diseñador debe
tomar en consideración.
Resistencia y rigidez: Los plásticos no son tan fuertes o rígidos como
los metales.
No deben usarse en aplicaciones en las que se vayan a encontrar esfuerzos
grandes.
La resistencia al escurrimiento plástico también es una limitante. Las
propiedades de resistencia varían en forma significativa entre los plásticos, y en
ciertas aplicaciones las razones resistencia a peso de algunos de ellos son
competitivas con las de los metales.
Resistencia al impacto: La capacidad que tienen los plásticos de
absorber impactospor lo general es buena; se comparan de modo
favorable con la mayoría de metales.
Temperaturas de servicio: Con respecto de las de los metales y
cerámicos, las de losplásticos son limitadas.
Expansión térmica: Es mayor para los plásticos que para los metales,
por lo quelos cambios dimensionales debidos a las variaciones de
temperatura son mucho mássignificativos que para los metales.
Muchos tipos de plásticos están sujetos a degradación por la luz solar y otras
formas de radiación. Asimismo, algunos se degradan en atmósferas de oxígeno
y ozono.

22. 13.12.2Plásticos extruidos
Espesor de pared: En la sección transversal extruida es deseable un
espesor uniformede la pared. Las variaciones de éste darán como
resultado un flujo no uniforme del plástico y enfriamiento irregular que
tenderá a pandear el extruido.
Secciones huecas: Éstas complican el diseño del troquel y el flujo del
plástico. Esdeseable utilizar secciones transversales extruidas que no
sean huecas, pero quesatisfagan los requerimientos funcionales.
Esquinas: En la sección transversal deben evitarse las esquinas
agudas, dentroy fuera, porque dan como resultado un flujo irregular
durante el procesamiento, yconcentraciones de esfuerzos en el producto
final.
13.12.3 Piezas moldeadas
Cantidades económicas de producción: Cada pieza moldeada
requiere un molde único,el cual para cualquiera de estos procesos es
costoso, en particular para el moldeo porinyección. Las cantidades
mínimas de producción para este proceso son de alrededorde 10 000
piezas; para el moldeo por compresión, 1000 piezas es lo mínimo,
debidoa los diseños más sencillos del molde que se necesita. El moldeo
por transferencia seubica entre las dos cifras anteriores.
Complejidad de la pieza: Si bien las configuraciones geométricas más
complejas de lapieza significan moldes más costosos, puede ser
económico diseñar un molde complejosi la alternativa involucra muchos
componentes individuales que se ensamblen juntos.
Espesor de pared: Las secciones transversales gruesas por lo general
son indeseables;con ellas se desperdicia material, es más probable que
se causen pandeos por lacontracción y les toma más tiempo endurecer.
Costillas de refuerzo: Se emplean en las piezas de plástico moldeado
para obtenermayor rigidez sin un espesor de pared excesivo. Las
costillas deben ser más delgadasque las paredes que refuerzan, a fin de
minimizar las marcas de hundimiento en lapared exterior.
Radios de las esquinas y biseles: Las esquinas agudas, tanto
externas como internas,son indeseables en las piezas moldeadas;
interrumpen el flujo suave del materialfundido, tienden a crear defectos
superficiales y ocasionan la concentración de losesfuerzos en la pieza
terminada.
Agujeros: Es muy factible que ocurran en los moldeos de plástico, pero
complican eldiseño del molde y la remoción de la pieza. También
generan interrupciones en el flujodel material fundido.
Ahusado: Una pieza moldeada debe diseñarse con un ahusado en sus
lados para facilitarla remoción del molde. Esto tiene importancia especial
en la pared interior de unapieza en forma de taza, porque el plástico
moldeado se contrae contra la forma positivamolde. El ahusado
recomendable para los termofijos es alrededor de 1/2º a 1º; para
Tolerancias: Especifican las variaciones permisibles de la manufactura
de una pieza.Aunque la contracción es predecible en condiciones muy
controladas, son deseablestolerancias generosas para los moldeos por
inyección debido a la variación de losparámetros del proceso que
afectan la contracción, y a la diversidad de formas geométricasque

23. existen para las piezas. En la tabla 13.2 se listan las tolerancias
comunes paralas dimensiones de piezas moldeadas con plásticos
seleccionados.
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