En la actualidad, el proceso de inyección de plásticos es determinante para fabricar piezas complejas y diversas. Hay corrientes del pensamiento que indican que los productos de plástico sólo se confinan a piezas ornamentales y/o de bajos requerimientos. Sin embargo, la industria del plástico va más allá de esas corrientes, ya que la aplicación de estos productos es muy diversa y con exigencias en sus propiedades cada día más altas e incluso que pueden competir con algunos metales. Tal es el caso de los engranes (Figura 1), que tradicionalmente eran metálicos, y ahora varios son de plástico; desde luego no es un plástico cualquiera, es un plástico de “ingeniería”, como el acetal o el nylon.
Por otro lado, y no alejado de lo anterior, los plásticos cuando pasan por el proceso de inyección requieren del control de su viscosidad (resistencia del plástico para fluir y deformarse cuando está a temperaturas de trabajo). Esta propiedad, característica de cada plástico, no es medible de forma directa durante el proceso de inyección, de tal manera que es necesario tomar en cuenta las variables que alteran la viscosidad de los plásticos a través del buen control de los parámetros de inyección.
Son diversos los parámetros del proceso de inyección a controlar para obtener una pieza conforme y de buena calidad. Entiéndase por conforme aquella pieza que cumple con los requerimientos solicitados y que visualmente llena las exigencias esperadas. Las presiones de inyección, las temperaturas, las velocidades de giro de un husillo, las velocidades de inyección, entre otros, son los parámetros determinantes que controlan la viscosidad del material. En la Figura 2 se muestra de manera esquemática una gráfica del comportamiento de un flujo viscoso (plástico) con respecto a su velocidad de deformación. En la gráfica llamada reograma se observa que si aumenta la presión se aumenta la viscosidad, y si disminuye la temperatura disminuye la viscosidad; como puede notarse, ambos son parámetros con efectos contrarios sobre la viscosidad del plástico, lo que requiere una atención precisa cuando se manejan los parámetros del proceso de inyección.
Ahora bien, antes de inyectar los plásticos, hay que tomar en cuenta que estos están formados por moléculas dentro de una cadena de gran tamaño, llamadas macromoléculas, las que pueden acomodarse o estar en forma desordenada (Figura 3). En este sentido, los parámetros del proceso varían considerablemente; si se comparan las ventanas de proceso de ambos tipos, se puedo detectar en lo general que los plásticos amorfos poseen una ventana de proceso más pequeña que la de un material semicristalino. Si los plásticos son de uso común, normalmente su ventana de proceso es lo suficientemente amplia para poder inyectar el plástico de manera cómoda, como el polietileno y el polipropileno. Para determinar una ventana de proceso, es necesario elaborar una gráfica de temperatura contra presión variando estos parámetros de la máquina, a partir de allí se establecen los puntos críticos en los que comienzan a aparecen los defectos de las piezas como excedentes, piezas faltadas, degradaciones e infundidos (Figura 4). ¿Cómo determinar estos puntos? ¿Cómo controlar de manera adecuada la viscosidad? ¿De qué manera se pueden establecer los parámetros de proceso con la menor merma posible?
Para dar respuesta a estas y otras preguntas de gran relevancia, en la Unidad de Alta Tecnología, UAT, de la Facultad de Ingeniería de la UNAM, nos hemos dado a la tarea de impartir cursos de capacitación sobre el conocimiento de materiales plásticos, el acondicionamiento previo de la materia prima (pellets), el proceso de inyección de plásticos, reconocimiento de defectos, la máquina de inyección y sus partes, así como la aplicación del moldeo científico. Para ello, en la UAT contamos con una máquina de inyección de plásticos marca Demag con capacidad de 200 toneladas de fuerza de cierre (Figura 5), provista de moldes propios que nos permiten tener un apoyo esencial para las prácticas que desarrollan los asistentes.
Así mismo, en la UAT, también realizamos proyectos de investigación y desarrollo tecnológico relacionados al proceso de inyección de plásticos. Empresas como Mabe y Ford Motor Company han acudido a nuestras instalaciones de forma recurrente para tomar los cursos de capacitación que con gusto impartimos.
Junio 2023
La doctora Magdalena Trujillo Barragán es responsable del laboratorio de procesamiento de plásticos de la Unidad de Alta Tecnología de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México, Campus Juriquilla
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