Moldeo por inyección: Fusión de plásticos amorfos vs. semicristalinos

Hay cientos de variables con las que hay que lidiar en el desarrollo de un proceso de moldeo por inyección 24/7, y puede ser difícil decidir en cuáles centrarse. Algunas son más importantes que otras, pero no importa el lugar que ocupe una determinada variable, el hecho es que el proceso no funcionará a menos que cada una de ellas se controle según lo que necesiten la resina y la pieza.

Mi elección de este mes es la uniformidad de la masa fundida, y debería estar en su lista de 10 variables principales. Por uniformidad me refiero no sólo a la temperatura de fusión, sino a la consistencia de la fusión, es decir, que no haya remolinos, rayas o gránulos parcialmente sin fundir. Si quiere dimensiones y rendimiento consistentes las 24 horas del día, debe tener uniformidad de fusión.

Nuestra atención se centra aquí en la dificultad de conseguir uniformidad de fusión entre resinas amorfas y semicristalinas. Estas resinas se funden de forma diferente, y un procesador necesita entender cómo se funde cada uno de estos polímeros para obtener la uniformidad de la fusión.

Normalmente, las diferencias están relacionadas con la diferente disposición de las cadenas de polímeros en una pieza. En el caso de los polímeros amorfos, las cadenas son aleatorias, es decir, no tienen un orden o alineación específicos, algo así como trozos de cuerda enredados. Los polímeros semicristalinos tienen una estructura o un patrón ordenado de alineación de las cadenas.

Si se quieren unas dimensiones y un rendimiento constantes las 24 horas del día, los 7 días de la semana, hay que tener uniformidad de fusión.

El prefijo «semi» se utiliza para señalar que no todas las cadenas de polímero de una pieza semicristalina están cristalizadas. Hay zonas de cristalinidad y zonas de orientación aleatoria (amorfa) de las cadenas dentro de una pieza determinada. Los colores, los aditivos y la velocidad de enfriamiento influyen en el grado de cristalinidad, lo que cambia el tamaño y las propiedades de la pieza.

Independientemente de que el polímero que se procese sea semicristalino o amorfo, la uniformidad de la fusión es necesaria para obtener unas dimensiones y un rendimiento constantes de la pieza. Entender cómo se funde cada uno de ellos permite al procesador un mejor control en el procesamiento.

Tanto si es semicristalino como amorfo, cada uno de ellos depende de las mismas fuentes de energía para la fusión: el barril, el tornillo y las bandas del calentador. La mayor parte de la energía, alrededor del 80%, proviene de la fricción de los gránulos contra la pared del barril y la compresión en la zona de transición del tornillo. El resto proviene de las bandas calefactoras que rodean el barril. El mecanismo de transferencia de energía es el mismo para las resinas amorfas y semicristalinas. Sin embargo, aquí es donde termina la similitud en la fusión de estos plásticos.

Al igual que el hielo, las resinas semicristalinas no se ablandan hasta que alcanzan su temperatura de fusión.

Un factor importante que las diferencia es la cantidad de energía necesaria para fundir cada una. Un kilo de una resina semicristalina, como el nailon 6, requiere mucha más energía que 1 kg de una resina amorfa como el ABS. De hecho, el nylon necesita aproximadamente el doble de energía para fundirse que el ABS (unos 716 BTU/kg frente a 342), aunque sus temperaturas de procesamiento son similares. El doble de energía que necesita el nylon significa que es mejor que sus patos de procesamiento estén en fila.

Así que ahora sabemos lo que debemos hacer para fundir el nylon frente al ABS desde el punto de vista energético. Pero hay otra cuestión que dificulta su vida de procesamiento. Las resinas semicristalinas permanecen duras hasta que alcanzan su temperatura de fusión. Es como derretir el hielo. El hielo no cambia de dureza significativamente cuando se calienta de -10 C (14 F) a -0,5 C (31 F). Caiga sobre el hielo a cualquiera de las dos temperaturas y dudo que sienta alguna diferencia de dureza. Al igual que el hielo, las resinas semicristalinas no se ablandan hasta que alcanzan su temperatura de fusión. Permanecen duras hasta que cumplen dos criterios:

En primer lugar, se pone suficiente energía para llevarlas a su punto de fusión; y en segundo lugar, hay que poner otra dosis de energía para superar el calor de fusión (fusión), es decir, romper su patrón de cadena ordenada. Es como una barrera energética a la fusión. ¿Cómo maneja el tornillo y el barril esta difícil situación? Los gránulos semicristalinos fluyen desde la tolva hacia la garganta de alimentación y caen entre las aletas profundas de la sección de alimentación del tornillo. La sección de alimentación hace avanzar los gránulos y los compacta, expulsando el aire y algunos volátiles fuera de la tolva (es un respiradero). La sección de alimentación puede calentar los pellets, pero no hace ni debe hacer ninguna fusión.

Las resinas amorfas se funden de forma diferente. Requieren mucha menos energía y son más fáciles de fundir. Se funden como mantequilla congelada. Un gránulo amorfo a temperatura ambiente es duro, pero a medida que se calienta empieza a ablandarse. Con más energía, los materiales amorfos siguen ablandándose hasta que son aptos para el moldeo. No permanecen duros hasta que alcanzan el punto de fusión, y no tienen que superar el calor de fusión. Una bolita parcialmente sin fundir puede ser como un caramelo o un malvavisco. Si se atasca entre un tornillo y la pared del barril, se aplastará sin que el tornillo o el barril sufran daños graves. Por lo tanto, las resinas amorfas son más tolerantes durante el proceso de fusión. Un tornillo de uso general puede proporcionar un procesamiento aceptable, pero de nuevo, no es mi recomendación.

En pocas palabras, los pellets semicristalinos son más difíciles de fundir uniformemente que los pellets amorfos. Un tornillo de uso general podría procesar pellets amorfos, pero con tamaños de disparo en el extremo pequeño (por debajo del 20% de la capacidad del barril), y en el extremo alto (por encima del 40%), la mayoría de los moldeadores tendrán problemas con los pellets semicristalinos. No recomiendo diseños de barrera. En su lugar, especifique un diseño de tornillo que proporcione uniformidad de fusión con una relación L/D mínima de 20:1, aunque es preferible 24:1.