Presentacion que describe los procesos mas utilizados en la industria para procesar plasticos

1. MATERIALES Y PROCESOS
INDUSTRIALES II
EXTRUSIÓN - INYECCIÓN

2. GENERALIDADES
Durante los últimos cincuenta años la
industria de las materias plásticas tuvo un
gran desarrollo, superando la industria del
acero.
Después del 1945 PS,PE, PVC, PA,PMMA,PP
han entrado en las casas de todos
nosotros, independientemente de la
condición social, en los países
industrializados como en las economías
agrícolas.

3. GENERALIDADES
 Esta ha sido una situación que no se
había verificado en la historia del ser
humano, por lo menos no en proporciones
tan grandes y con una dinámica tan
rápida, en la cual se ha tenido una
sustitución progresiva de los materiales
tradicionales con las nuevas substancias
sintéticas y como resultado una
reproyección formal de los objetos, de la
ergonómicas de los mismos.

4. GENERALIDADES
 Estudiando el nitrato de celulosa obtenido
en 1845 por C.F. Shoenbein, el ingles
Alexander Parkes obtuvo un nuevo
material que podía ser "utilizado en su
estado sólido, plástico o fluido, (que)
se presentaba de vez en vez rígido
como el marfil, opaco, flexible,
resistente al agua, coloreable y era
posible trabajarlo con un utensilio
como los metales, estampar por
compresión, laminar".

5. GENERALIDADES
 Con estas palabras describió la Parkesine
(Parquesita), o sea un tipo de celuloide -
patentada en 1861 - en una hoja
publicitaria difundida en 1862, en ocasión
de la Exposición Internacional de Londres
donde se exhibieron las primeras
muestras de la que podemos considerar la
materia plástica primigenia, fuente de una
grande familia de polímeros que hoy en
día cuenta con algunos centenares de
componentes

6. GENERALIDADES
 En la época actual resultaría imposible
imaginar que alguno de los sectores de
nuestra vida diaria, de la economía o de
la técnica, pudiera prescindir de los
plásticos.
 Sólo basta con observar a nuestro
alrededor y analizar cuántos objetos son
de plástico para visualizar la importancia
económica que tienen estos materiales.

7. GENERALIDADES
 Esta importancia se refleja en los índices
de crecimiento que, mantenidos a lo largo
de algunos años desde principios de siglo,
superan a casi todas las demás
actividades industriales y grupos de
materiales.
 En 1990 la producción mundial de
plásticos alcanzó los 100 millones de
tonelada y para el año 2000 llego a 160
millones de toneladas.

8. GENERALIDADES
 Los plásticos seguirán creciendo en
consumo debido a que abarcaran el
mercado del vidrio, papel y metales
debido a sus buenas propiedades y su
relación costo-beneficio.
 México debe cambiar para no ser un
exportador de petróleo. Aunque este
recurso es un buen negocio en el
presente, si se agrega valor, se torna en
un negocio más interesante.

9. GENERALIDADES (Números)
 Hoy, México es el cuarto productor
mundial de petróleo, con alrededor de un
millón de barriles diarios. Esta producción
podría alcanzar mayores utilidades
convirtiéndose en productos
petroquímicos y plásticos.
 al invertir un millón de Pesos en la
extracción de petróleo se obtienen 800
mil Pesos de Utilidad. Invertir esa misma
cantidad en Petroquímicos genera 1.2
millones de Pesos y al hacerlo en la
transformación de plásticos se obtienen
15 millones de Pesos.

10. GENERALIDADES
 Esta es una de las razones del porqué los
países industrializados, a pesar de no
contar con petróleo tiene altos ingresos
de divisas. Además, dentro de los
petroquímicos, la fibras y las resinas
representan el mayor valor económico en
México, comparado con el volumen de
fertilizantes, donde su costo de
producción es muy alto y su utilidad muy
baja.

11. EXTRUSION (DEFINICION)
 Es un proceso continuo, en que la
resina es fundida por la acción de
temperatura y fricción, es forzada a
pasar por un dado que el
proporciona una forma definida, y
enfriada finalmente para evitar
deformaciones permanentes. Se
fabrican por este proceso: tubos,
perfiles, películas, manguera,
láminas, filamentos y pellets.

12. EXTRUSIÓN (VENTAJAS)
 Presenta alta productividad y es el proceso más
importantes de obtención de formas plásticas en
volumen de producción.
 Su operación es de las más sencillas, ya que una
vez establecidas las condiciones de operación, la
producción continúa sin problemas siempre y
cuando no exista una disturbio mayor.
 El costo de la maquinaria de extrusión es
moderado, en comparación con otros procesos
como inyección, soplado o Calandreo, y con una
buena flexibilidad para cambios de productos sin
necesidad de hacer inversiones mayores.

13. EXTRUSION (RESTRICCIONES)
 La restricción principal
es que los productos
obtenidos por
extrusión deben tener
una sección
transversal constante
en cualquier punto de
su longitud (tubo,
lámina) o periódica
(tubería corrugada);

14. EXTRUSION (RESTRICCIONES)
 Quedan excluidos todos aquellos productos con
formas irregulares o no uniformes.
 La mayor parte de los productos obtenidos de una
líneas de extrusión requieren de procesos
posteriores con el fin de habilitar adecuadamente
el artículo, como en el caso del sellado y cortado,
para la obtención de bolsas a partir de película
tubular o la formación de la unión o socket en el
caso de tubería.

15. EXTRUSION (aplicaciones)
 Película tubular
Bolsa (comercial,
supermercado)
Película plástica para
uso diverso
Película para arropado
de cultivos
Bolsa para envase de
alimentos y productos
de alto consumos
Tubería

16. EXTRUSION (aplicaciones)
 Tubería para condición
de agua y drenaje
Manguea para jardín
Maguera para uso
médico
Popotes
Recubrimiento
Alambre para uso
eléctrico y telefónico
Perfil
Hojas para persiana
Ventanería
Canales de flujo de Agua
Lámina y Película Plana

17. EXTRUSION (aplicaciones)
 Raffia
Manteles para mesa e
individuales
Cinta Adhesiva
Flejes para embalaje
Monofilamento
 Filamentos
Alfombra (Filamento
de las alfombras)

18. EXTRUSIÓN
DESCRIPCON DEL PROCESO
 Dentro del proceso de extrusión, varias
partes debe identificarse con el fin de
aprender sus funciones principales, saber
sus características en el caso de elegir un
equipo y detectar en donde se puede
generar un problema en el momento de la
operación.
La extrusión, por su versatilidad y amplia
aplicación, suele dividirse en varios tipos,
dependiendo de la forma del dado y del
productos extruído.

19. EXTRUSIÓN
DESCRIPCON DEL PROCESO
 De esta forma la extrusión puede ser:
De tubo y perfil
De película tubular
De lámina y película plana
Recubrimiento de cable
De Monofilamento
Para pelletización y fabricación de
compuestos

20. EXTRUSIÓN
 Independientemente del tipo de extrusión
quiera analizar, todos guardan similitud
hasta llegar al dado extrusor.
Básicamente, una de extrusión consta
de un eje metálico central con álabes
helicoidales llamado husillo o torNillo,
instalado dentro de un cilindro metálico
revestido con una camisa de resistencias
eléctricas.

21. EXTRUSION
 En un extremo del cilindro se encuentra
un orificio de entrada para la materia
prima, donde se instala una tolva para la
materia prima, donde se instala una tolva
de alimentación, generalmente de forma
cónica; en ese mismo extremo se
encuentra el sistema de accionamiento
del husillo, compuesto por un motor y un
sistema de reducción de velocidad.
 En la punta del tornillo, se ubica la salida
del material y el dado que forma
finalmente plástico.

22. EXTRUSION

23. EXTRUSIÓN
Descripcion del equipo

24. EXTRUSION
Tolva o sistema de alimentación
 La tolva es el depósito de materia prima
en donde se colocan los pellets de
material plástico para la alimentación
continua del extrusor.
 Debe tener dimensiones adecuadas para
ser completamente funcional; los diseños
mal planeados, principalmente en los
ángulos de bajada de material, pueden
provocar estancamientos de material y
paros en la producción.

25. EXTRUSION
Tolva o sistema de alimentación
 En materiales que se compactan
fácilmente, una tolva con sistema
vibratorio puede resolver el problema,
rompiendo los puentes de material
formados y permitiendo la caída del
material a la garganta de alimentación.
 Si el material a procesar es problemático
aún con la tolva en vibración, la tolva tipo
cramer es la única que puede formar el
material a fluir, empleando un tornillo
para lograr la alimentación.

26. EXTRUSION
 Las tolvas de secado son usadas para eliminar la
humedad del material que está siendo procesado,
sustituyen a equipos de secado independientes de
la máquina. En sistemas de extrusión con mayor
grado de automatización, se cuenta con sistemas
de transporte de material desde contenedores
hasta la tolva, por medios neumáticos o
mecánicos. Otros equipos auxiliares son los
dosificadores de aditivos a la tolva y los imanes o
magnetos para la obstrucción del paso de
materiales ferrosos, que puedan dañar el husillo y
otras partes internas del extrusor.

27. EXTRUSIÓN

28. EXTRUSION
Barril o cañon
 Es un cilindro metálico que aloja al husillo y
constituye el cuerpo principal de una máquina de
extrusión. El barril debe tener una compatibilidad
y resistencia al material que esté procesando, es
decir, ser de un metal con la dureza necesaria
para reducir al mínimo cualquier desgaste.
 El cañón cuenta con resistencias eléctricas que
proporcionan una parte de la energía térmica que
el material requiere para ser fundido. El sistema
de resistencias, en algunos casos va
complementado con un sistema de enfriamiento
que puede ser flujo de líquido o por ventiladores
de aire.

29. EXTRUSION
Barril o cañon
 Todo el sistema de calentamiento es
controlado desde un tablero, donde las
temperatura de proceso se establecen en
función del tipo de material y del producto
deseado.
 Para la mejor conservación de la
temperatura a lo largo del cañón y
prevenir cambios en la calidad de la
producción por variaciones en la
temperatura ambiente, se acostumbra
aislar el cuerpo del cañón con algún
material de baja conductividad térmica
como la fibra de vidrio o el fieltro.

30. EXTRUSION

31. EXTRUSION
Husillo
 Gracias a los intensos estudios del
comportamiento del flujo de los
polímeros, el husillo ha evolucionado
ampliamente desde el auge de la
industrial plástica hasta el grado de
convertirse en la parte que contiene la
mayor tecnología dentro de una máquina
de extrusión.
Por esto, es la pieza que en el alto grado
determina el éxito de una operación de
extrusión.

32. EXTRUSION
Alabes o Filetes
 Los álabes o filetes, que recorren el
husillo de un extremo al otro, son los
verdaderos impulsores del material a
través del extrusor. Las dimensiones y
formas que éstos tengan, determinará el
tipo de material que se pueda procesar y
la calidad de mezclado de la masa al salir
del equipo.

33. EXTRUSIÓN
Husillo
 Como consecuencia de la importancia que
tienen la longitud y el diámetro del equipo,
y con base en la estrecha relación que
guardan entre sí, se acostumbre especificar
las dimensiones principales del husillo como
una relación longitud / diámetro (L/D).
Comercialmente las relaciones L / D más
comunes van desde fuera de este rango
también está disponible.

34. EXTRUSIÓN
Dado

35. EXTRUSIÓN
Dado
 El dado en el proceso de extrusión es
análogo al molde en el proceso de moldeo
por inyección, a través del dado fluye el
polímero fuera del cañón de extrusión y
gracias a éste toma el perfil deseado. El
dado se considera como un consumidor
de presión, ya que al terminar el husillo la
presión es máxima, mientras que a la
salida del dado la presión es igual a la
presión atmosférica.

36. EXTRUSIÓN
Dado
 La presión alta que experimenta el
polímero antes del dado, ayuda a que el
proceso sea estable y contínuo, sin
embargo, el complejo diseño de los dados
es responsable de esta estabilidad en su
mayor parte.
 El perfil del dado es diferente del perfil
deseado en el producto final, debido a la
memoria que presentan los polímeros,
esfuerzos residuales y orientación del
flujo resultado del arrastre a través del
husillo

37. EXTRUSIÓN
Dado
 Existen dados para tubos, para láminas y perfiles de
complicadas geometrías, cada uno tiene
características de diseño especiales que le permite al
polímero adquirir su forma final evitando los
esfuerzos residuales en la medida de lo posible.
 Los dados para extruir polímeros consideran la
principal diferencia entre materiales compuestos por
macromoléculas y los de moléculas pequeñas, como
metales. Los metales permiten ser procesados con
esquinas y ángulos estrechos, en cambio los
polímeros tienden a formar filos menos agudos debido
a sus características moléculares, por ello es más
eficiente el diseño de una geometría final con ángulos
suaves o formas parabólicas e hiperbólicas.

38. EXTRUSIÓN
Flujo a través de un canal simple y de
canal rectangular
Para modelar el flujo de polímero que fluye a través de un
canal es necesario comenzar con ciertas
consideraciones que podrían resumirse en 6:
2. En las paredes del canal el flujo es igual a cero
3. El fluido fluye constante independientemente del
tiempo
4. En todo lo largo del canal, el perfil de flujo permanece
constante
5. El fluido es incompresible
6. El flujo es isotérmico
7. La fuerza de gravedad es despreciable
Primero tratamos el flujo, que a través de un canal de
sección transversal circular fluye con un flujo
parabólico

39. EXTRUSIÓN Fusión del polímero
 El polímero funde por
acción mecánica en
combinación con la
elevación de su
temperatura por
medio de
calentamiento del
cañón. La acción
mecánica incluye los
esfuerzos de corte y el
arrastre, que empuja
el polímero hacia la
boquilla e implica un
incremento en la
preisón.

40. EXTRUSIÓN Fusión del polímero
La primera fusión que se
presenta en el sistema ocurre
en la pared interna del cañón,
en forma de una delgada
película, resultado del
incremento en la temperatura
del material y posteriormente
también debida a la fricción.
Cuando esta película crece, es
desprendida de la pared del
cañón por el giro del husillo,
en un movimiento de ida y
vuelta y luego un barrido,
formando un patrón
semejante a un remolino, o
rotatorio sin perder el arrastre
final. Esto continúa hasta que
se funde todo el polímero.

41. EXTRUSIÓN
Coextrusión de láminas y películas
 La coextrusión de láminas y películas es
una de las aplicaciones más importantes
de la extrusión de polímero, por medio de
esta tecnología es posible extruir una
película con un color de fondo y otro de
cara o como un sandwich en el cual un
material se encuentra en la capa
intermedia y otro u otros en las
exteriores. Láminas multicapa han sido
comercialmente utilizadas de entre 2 y 5
capas, aunque es posible utilizar más
capas, las aplicaciones no han exigido
este desarrollo con mayor aplitud.

42. EXTRUSIÓN

43. EXTRUSIÓN
Coextrusión de láminas y películas
 La coextrusión de lámina puede llevarse a
cabo por 2 técnicas,
 Dado para extrusión multicapa. Que
permite 2 o hasta 3 capas de polímero,
pero presenta baja eficiencia y poca
estabilidad.
 flujos que se encuentran en el dado por
medio de canales dosificadores. Por esta
técnica es posible obtener diferentes
capas con buena distribución y
homogeneidad.

44. EXTRUSIÓN
Coextrusión

45. EXTRUSIÓN
Color en la extrusión
 básicamente existen tres formas de colorear un
polímero en extrusión:
1. Utilizar plástico del color que se necesita
(precoloreados).
2. Utilizar un plástico de color natural y mezclarlo con
pigmento en polvo o colorante líquido.
3. Utilizar un plástico de color natural y mezclarlo con
concentrado de color.
 La elección más barata y eficiente es el uso del
concentrado de color (en inglés Masterbatch), el cual
se diseña con características de indice de fluidez y
viscosidad acordes al polímero que se desea
procesar, con los concentrados de color se pueden
cambiar de un color a otro de manera rápida, sencilla
y limpia

46. Extrusión
Color en la extrusión

47. INYECCIÓN Definición
 El moldeo por inyección consiste en un
sistema de mezclado y fusión de una resina
plástica, diseñado para expulsarla a alta
presión una vez que se encuentre fundida,
hacia un molde metálico en cuya cavidad o
cavidades se encuentra la forma de la pieza
deseada. Este molde permanece cerrado
por el sistema de alta presión de la máquina
que evita que se abra al recibir el plástico
fundido. Una vez lleno el molde, transcurre
un lapso para enfriar la pieza. Cuando la
pieza está lista es expulsada del molde.

48. INYECCIÓN
Aplicaciones actuales
 Tapas y tapones  Piezas de lego
 Jugutes  Cubetas
 Piezas diversas en  Plumas y lapiceros
articulos de  Teclas
computo  CD y DVD
 Carcasas  Cajas de CD y
 Cepillos DVD
 Rastrillos  Componentes
 Ganchos de ropa diversos en la
industria
automotriz

49. INYECCIÓN

50. INYECCIÓN Definición
 El moldeo por inyección es un proceso
semicontínuo que consiste en inyectar un
polímro en estado fundido (o ahulado) en
un molde cerrado a presión y frío, a
través de un orificio pequeño llamado
compuerta. En ese molde el material se
solidifica. La pieza o parte final se obtiene
al abrir el molde y sacar de la cavidad la
pieza moldeada

51. INYECCIÓN
 El moldeo por inyección es una
técnica muy popular para la
fabricación de artículos muy
diferentes. Sólo en los EEUU, la
industria del plástico ha crecido a
una tasa de 12% anual durante los
últimos 25 años, y el principal
proceso de transformación de
plástico es el moldeo por inyección,
seguido del de extrusión.

52. INYECCIÓN

53. INYECCIÓN
 La popularidad de este método es explicable
con la versatilidad de piezas que se pueden
fabricar, la rapidez de la misma, el diseño
escalable que va desde procesos de Quick
Prototyping a altos niveles de producción y
bajos costos, alta o baja automatización según
el costo de la pieza, geometrías muy
complicadas que serían imposibles por otras
técnicas,
 Las piezas moldeadas requieren poco o nulo
acabado, son terminadas con la rugosidad de
superficie deseada (impresa en el molde),
color y transparencia u opacidad, buena
tolerancia dimensional de piezas moldeadas
con o sin insertos y con diferentes colores.

54. INYECCIÓN

55. INYECCIÓN
La inyección es una de las tecnologías de
procesamiento de plástico más famosas,
ya que presenta una forma simple de
fabricar componentes de geométricas de
alta complejidad. Para ello se necesita
una máquina de inyección que incluya un
molde. En este último, se fabrica una
cavidad cuya forma y tamaño son
idénticas a las de la pieza que se desea
obtener. La cavidad se llena con plástico
fundido, el cual se solidifica, manteniendo
la forma moldeada.

56. INYECCIÓN

57. INYECCIÓN
 Los polímeros conservan su forma
tridimensional cuando son enfriados por
debajo de su Tg
 La Temperatura de transición vítrea (Tg) es
la temperatura a la que se da una
pseudotransición termodinámica en
materiales vítreos, (vidrios, polímeros y
otros materiales inorgánicos amorfos). Esto
quiere decir que, termodinámicamente
hablando, no es propiamente una transición.
 La Tg se puede entender como la
temperatura a la que el polímero deja de ser
rígido y comienza a ser ahulado o blando.

58. INYECCIÓN Maquinaria

59. INYECCIÓN MAquinaria
Las partes mas importantes de una
maquina de inyección son:
Unidad de inyección
Unidad de cierre
Molde

60. INYECCIÓN

61. INYECCIÓN
Unidad de inyeccion
La unidad de inyección tiene la función de
fundir, mezclar e inyectar el polímero.
Para lograr esto se utilizan husillos de
diferentes características según el
polímero que se desea fundir. El estudio
del proceso de fusión de un polímero en
la unidad de inyección debe considerar
tres condiciones termodinámicas
 La temperatura de procesamiento del
polímero.
 La capacidad calorífica del polímero
 El calor latente de fusión, si el polímero
es semicristalino

62. INYECCIÓN
Unidad de inyeccion
 La unidad de inyección es en esencia una
máquina de extrusión con un solo husillo,
teniendo el barril calentadores y sensores
para mantener una temperatura
programada constante.
 La profundidad entre el canal y el husillo
disminuye gradualmente desde la zona de
alimentación hasta la zona de
dosificación. De esta manera, la presión
en el barril aumenta gradualmente.
 El esfuerzo mecánico de corte y la
compresión añaden calor al sistema y
funden el polímero más eficientemente.

63. INYECCIÓN

64. INYECCIÓN
 Una diferencia con respecto al proceso de
extrusión es la existencia de una parte
extra llamada cámara de reserva.
 Es allí donde se acumula el polímero
fundido para ser inyectado. Esta cámara
actúa como la de un pistón y toda la
unidad se comporta como el émbolo que
empuja el material. Debido a esto, una
parte del husillo termina por subutilizarse,
por lo que se recomiendan cañones largos
para procesos de mezclado eficiente

65. INYECCIÓN
Unidad de cierre
 La unidad de cierre es una prensa
hidráulica o mecánica, con una fuerza de
cierre bastante grande que contrarresta la
fuerza ejercida por el polímero fundido al
ser inyectado en el molde.
 Las fuerzas localizadas pueden generar
presiones del orden de cientos de Mpa
(pascales), que sólo se encuentran en el
planeta de forma natural únicamente en
los puntos más profundos del mar.

66. INYECCIÓN Molde

67. INYECCIÓN Molde
 El molde es la parte más importante
de la máquina de inyección, debido
a que es el espacio donde se genera
la pieza; para producir un producto
diferente, simplemente se cambia el
molde, al ser una pieza
intercambiable que se atornilla en la
unidad de cierre

68. INYECCIÓN

69. INYECCIÓN Partes del molde
 Cavidad: es el volumen en el cual la pieza será
moldeada.
 Canales o ductos: son conductos a través de los
cuales el polímero fundido fluye debido a la
presión de inyección. El canal de alimentación se
llena a través de la boquilla, los siguientes
canales son los denominados bebederos y
finalmente se encuentra la compuerta.
 Canales de enfriamiento: Son canales por los
cuales circula agua para regular la temperatura
del molde. Su diseño es complejo y específico
para cada pieza y molde, ya que de un correcto
enfriamiento depende que la pieza no se deforme
debido a contracciones irregulares.
 Barras expulsoras: al abrir el molde, estas
barras expulsan la pieza moldeada fuera de la
cavidad, pudiendo a veces contar con la ayuda de
un robot para realizar esta operación.

70. INYECCIÓN

71. INYECCIÓN
Ciclos de moldeo
 1. Molde cerrado y vacío. La unidad de
inyección carga material y se llena de
polímero fundido.
 2. Se inyecta el polímero abriéndose la
válvula y, con el husillo que actúa como
un pistón, se hace pasar el material a
través de la boquilla hacia las cavidades
del molde.
 3. La presión se mantiene constante para
lograr que la pieza tenga las dimensiones
adecuadas, pues al enfriarse tiende a
contraerse.

72. INYECCIÓN
Ciclos de moldeo
 4. La presión se elimina. La válvula se
cierra y el husillo gira para cargar
material; al girar también retrocede.
 5. La pieza en el molde termina de
enfriarse (este tiempo es el más caro
pues es largo e interrumpe el proceso
continuo), la prensa libera la presión y el
molde se abre; las barras expulsan la
parte moldeada fuera de la cavidad.
 6. La unidad de cierre vuelve a cerrar el
molde y el ciclo puede reiniciarse

73. INYECCIÓN Inyectora Base
1. 1 Motor con medición de torque para optimizar la
velocidad de carga
2. Carga de la tolva mediante sistema automático
con control de nivel, transporte desde silo y
mezcla de colada molida
3. Control electrónico de temperatura con programa
de valores cargado para cadamatriz y material a
procesar.
4. Refrigeración o calefacción del molde según el
material a inyectar y medidor de presiónde
inyección en el molde que evita la abertura del
mismo y por lo tanto la rebaba
5. Sistema de pesado de las piezas producidas para
asegurar que toda la inyección a salido

74. INYECCIÓN