lunes, 3 de octubre de 2011

Moldeo por compresión

El moldeo por compresión es uno de los proceso de transformación de plásticos más antiguo que existe. aparece descripto en bibliografía de principio del siglo XIX, aunque no comenzó a desarrollarse a escala industrial hasta 1908, cuando Leo Baeckeland desarrollo las resinas fenol-formaldehido, que siguen empleándose aún hoy en día.

El moldeo por compresión es un método de moldeo en el que el material de moldeo, en general precalentado, es colocado en la cavidad del molde abierto. El molde se cierra, se aplica calor y presión para forzar al material a entrar en contacto con todas las áreas del molde, mientras que el calor y la presión se mantiene hasta que el material de moldeo se ha curado. El proceso se emplea en resinas termoestables en un estado parcialmente curado, ya sea en forma de pellets, masilla, o preformas. El moldeo por compresión es un método de alta presión, adecuado para el moldeo de piezas complejas, de alta resistencia con refuerzos de fibra de vidrio. Los compuestos termoplásticos, aunque en menor medida, también pueden ser moldeados por compresión con refuerzos de cintas unidireccionales, tejidos, fibras orientadas al azar o de hilos cortados. La ventaja de moldeo por compresión es su capacidad para moldear piezas grandes, bastante intrincadas o complejas. Además, es uno de los métodos de más bajo costo en comparación con el moldeo por otros métodos tales como moldeo por transferencia y moldeo por inyección, por otra parte se desperdicia poco material, dándole una ventaja cuando se trabaja con compuestos caros. Sin embargo, el moldeo por compresión a menudo proporciona productos de pobre consistencia y dificultad en el acabado, y no es adecuado para algunos tipos de piezas. En este proceso se produce una menor degradación de la longitud de la fibra en comparación con el moldeo por inyección. Materiales que normalmente se fabrican mediante moldeo por compresión incluyen: sistemas de resina poliéster con fibra de vidrio,  (SMC / BMC), Torlon (Poliamida-imida: PAI), Vespel (Poliamida: PA), Polifenilen sulfuro (PPS), y muchos grados de PEEK.

Moldeo por compresión tiene un alto desarrollo en la fabricación de piezas de materiales compuestos para aplicaciones de reemplazo de metales, se utiliza normalmente para hacer piezas más grandes planas o de forma levemente curvas. Este método de moldeo es muy utilizado en la fabricación de piezas de automóviles, tales como cubiertas, defensas, cucharones, spoilers, así como pequeñas piezas más complejas. El material a ser moldeado se coloca en la cavidad del molde y los platos calientes son cerrados por un pistón hidráulico. El moldeo de compuestos a granel (BMC) y el moldeo de lámina compuesta (SMC) utilizan este método de moldeo, estos compuestos son conformados a la forma del molde por la presión aplicada y se calienta hasta que se produce la reacción de curado. El material para el SMC por lo general se corta para ajustarse a la superficie del molde. El molde se enfría y se retira la pieza. Los materiales pueden ser cargados en el molde, ya sea en forma de pellets o lámina, o el molde se puede cargar desde una extrusora de plastificación. Los materiales se calientan por encima de su punto de fusión, se forman y se enfrían. El material de alimentación se distribuye en forma uniforme en la superficie del molde, la orientación del flujo se produce durante la fase de compresión.
En el moldeo por compresión que hay seis factores importantes que se debe tener en cuenta
·         Determinar la cantidad adecuada de material.
·         Determinar la cantidad mínima de energía necesaria para calentar el material.
·         Determinar el tiempo mínimo necesario para calentar el material.
·         Determinar la técnica de calefacción adecuada.
·         Predecir la fuerza necesaria, para asegurar que el material alcance la forma adecuada.
·   Diseño de molde para un enfriamiento rápido después de que el material ha sido comprimido en el molde.
Matrices termoplásticas son comunes en las industrias de producción masiva, por ejemplo las aplicaciones en automoción, donde las principales tecnologías son termoplásticos reforzados con fibra larga (LFT) y termoplásticos reforzados con fibra “Glass Mat” (GMT).

Definición del proceso
El moldeo por compresión es un proceso de conformación en que se coloca un material plástico directamente en un molde de metal se calienta y luego se ablanda por el calor, y obligado a conformarse con la forma del molde en el molde cerrado.

Características del proceso
El uso de compuestos de plástico termoestable caracteriza a este proceso de moldeo de muchos otros procesos de moldeo. Estos termoestables pueden ser ya sea en forma de pellets o de preformas. A diferencia de algunos de los otros procesos nos encontramos con que los materiales suelen ser precalentado y se cuantifican antes del moldeo. Esto ayuda a reducir el exceso de rebarbas. Insertos, generalmente metálico, también puede ser moldeados con el plástico. Se evitan retenciones en la forma del molde, que generan que la eyección sea especialmente difícil. Se ha vuelto una práctica común precalentar la carga antes de colocarla en el molde; esto suaviza el polímero y acorta la duración del ciclo de producción. Los métodos de precalentamiento incluyen calentadores infrarrojos, calentamiento por convección en estufa y el uso de tornillos giratorios dentro de un cilindro calentado. Esta última técnica (tomada del moldeo por inyección) se usa también para medir la cantidad de la carga.

Esquema del proceso
El moldeo por compresión se inicia, con una cantidad determinada de colocada o introducida en un molde. Luego el material se calienta a un estado maleable y moldeado. Poco después, la prensa hidráulica comprime el plástico flexible contra el molde, dando como resultado una pieza perfectamente moldeada que mantiene la forma de la superficie interior del molde. Después la prensa hidráulica retrocede, un pin eyector en el fondo del molde rápidamente expulsa la pieza final fuera del molde y entonces, el proceso concluye.
Esquema del proceso
Prensa para moldeo de plásticos

Prensa
Las prensas de moldeo por compresión están orientadas verticalmente y contienen dos placas a las cuales se sujetan las mitades del molde. El proceso involucra dos tipos de actuación: 1) carrera ascendente de la placa del fondo o 2) carrera descendente de la placa superior, pero esta última es la configuración más común. Un cilindro hidráulico acciona generalmente las placas, el cual puede diseñarse para suministrar fuerzas de sujeción de hasta varios cientos de toneladas. Las prensas de compresión del molde se fabrican en una amplia variedad de tamaños. La mayoría de las prensas utilizan un cilindro hidráulico con el fin de producir la suficiente fuerza durante la operación de moldeo. Las prensas pueden generar presiones que van desde 300 a 4.000 toneladas. La resina es aditivada con la preforma, (en el caso de SMC y BMC ya contienen todos los componentes, incluida la fibra, resina, cargas, catalizador etc.). El calor y la presión se aplican, con rangos de temperatura de 225°F a 325°F (107°C a 163°C) y 150 a 1.000 psi de presión, necesarios para curar las piezas. Los ciclos pueden variar desde menos de uno minuto a cinco minutos. Las maquinaria constan de un molde “émbolo” macho y un molde hembra y espigas guías que aseguran el encastre perfecto entre ambos.

Moldes
Los moldes para este proceso son generalmente más simples que los de su contraparte, el moldeo por inyección. No hay vertederos o sistemas de alimentación en un molde por compresión y se procesan partes de formas más simples debido a que los materiales termofijos poseen una capacidad de flujo más baja. Sin embargo, se necesitan accesorios para calentar el molde que puede hacerse mediante resistencia eléctrica, vapor o circulación de aceite caliente. Los moldes de compresión pueden clasificarse en moldes manuales usados para corridas de ensayo; semiautomáticos, en los cuales a la etapa de prensado le sigue un ciclo programado, pero el operador carga y descarga manualmente la prensa; y automático el cual opera bajo ciclos de prensado completamente automático (incluyendo la carga y la descarga automática).
Materias primas
Las resinas termoestables típico utilizadas en las piezas moldeadas por compresión son poliésteres, poliuretanos, resinas urea-formaldehído, ésteres de vinilo, resinas epoxi y resinas fenólicas. Los elastómeros (ejemplo: cauchos y siliconas) también suelen ser moldeados por compresión. Como se ha hecho mención anteriormente algunos termoplásticos también pueden ser moldeados por compresión, pero por cuestiones de tiempo de ciclo, por lo general se utiliza el moldeo por inyección en estos últimos, salvo el caso de termoplásticos de difícil procesado o bajas cantidades o piezas técnicas.
Las materias primas utilizadas pueden estar en forma de pellets, polvo, liquido, preformas sólidas o en estado semisólido.

Piezas producidas por compresión
Este proceso se utiliza comúnmente para la fabricación de componentes eléctricos, vajilla, y engranajes. Este proceso también se usa para producir botones, hebillas, perillas o manijas, carcasas de aparatos eléctricos y grandes contenedores. Los discos fonográficos de PVC se producían por este método.

Principales aplicaciones:
- Materiales termoplásticos y elastómeros, para piezas de pequeñas dimensiones. 
- Compuestos reforzados con fibras de vidrio (a partir de resinas epoxi, de poliéster, etc.):
1.     BMC (bulk molding compounds): reforzados con fibras de 3-12mm. Ejemplo: cuerpo de taladro eléctrico.
2.   SMC (sheet molding compounds): se sitúan en el molde alternativamente capas de fibras de aproximadamente 25mm y capas de mezcla de resina y otros componentes. Preferentemente utilizado para piezas de gran superficie y pequeño espesor. Ejemplo: paneles para vehículos.
   3.      TMC (thick molding compounds): combinación en capas de BMC y SMC, para placas de gran espesor. 
- (Modificación de la técnica) Estampado de chapas y preformas de termoplásticos (thermoplastics sheet stamping), reforzados con fibras textiles o de vidrio. 
- Ya no utilizada para termoplásticos o utilizado en menor medida (ejemplo: era el método para la producción de discos LP).

Ventajas del moldeo por compresión:
Fluido en pequeñas distancias: menores tensiones internas.
Bajo costo de mantenimiento y de fabricación de moldes.
Diseño sencillo de moldes, al no haber entrada y canales.
Permite moldeo de piezas complejas
Buen acabado superficial (en general)
Desechos de materiales relativamente bajo

Desventajas del moldeo por compresión:
El molde debe mantenerse a temperatura no excesiva, para que las paredes no curen mucho más rápido que el interior. Por tanto, tiempos largos de curado.
No es aconsejable para este método en caso e empleo de moldes de formas complejas

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TECNICA DE MOLDEO POR COMPRESION
En el moldeo por compresión el material, bien líquido, o en forma de polvo, granza o de pastillas preformadas (preformas), se coloca en el molde caliente, y este se cierra lentamente, hasta que las dos mitades del molde ejercen presión sobre el material. Conforme el molde va cerrándose, el material es obligado a ocupar todas las partes de la cavidad de moldeo. En ciertos casos, es ventajoso realizar el moldeo cerrando primeramente el molde casi por completo y abriéndolo después unos segundos antes de aplicar la presión definitiva. De esta forma se deja “respirar" al material, para permitir la evacuación del gas que queda atrapado entre el polvo de moldeo o que es generado en la reacción de polimerización. Una vez que el molde se ha cerrado completamente se aplica la máxima presión, que provoca el llenado final y completo de la cavidad. Bajo la acción conjunta del calor y la presión tienen lugar las reacciones de entrecruzamiento que transforman al material termoendurecible en termoestable, proceso que se conoce vulgarmente como "curado”. Tras el curado se abre el molde y se extrae la pieza totalmente sólida, que solamente alcanza su rigidez definitiva cuando se ha enfriado totalmente. Cuando la pieza tiene forma complicada o grandes dimensiones, es aconsejable colocarla en conformadores después de extraerla del molde, para evitar que se deforme mientras se enfría.
El moldeo por compresión podría definirse de la siguiente forma:
•    Apertura del molde
•    Extracción de las piezas moldeadas en el ciclo anterior
•  Preparación del molde, lo que incluye limpieza del molde y lubricación para facilitar la extracción de la pieza siguiente y colocación de las inserciones metálicas, si las hubiera, y del compuesto de moldeo, bien líquido, en forma de polvo o de pastilla
•    Cierre del molde caliente y aplicación de presión.
•  Apertura del molde para dejarlo "respirar" y permitir la salida de humedad y materias volátiles
•    Aplicación de toda la presión al molde caliente y mantenimiento durante el tiempo necesario hasta que el material haya curado totalmente
•    Extraction de la pieza
La temperatura del molde y la presión aplicada son los factores más importantes del proceso. Además de estas variables, otros factores que influyen en la calidad de las piezas moldeadas por compresión son: el diseño de la pieza que debe moldearse, la velocidad de cierre de la prensa, la plasticidad del material y las condiciones en que se encuentra la superficie de la cavidad de moldeo. Es importante poner en la cavidad de moldeo la cantidad exacta de material que se necesita, pues una cantidad en defecto puede dar lugar a piezas porosas con baja densidad y con malas propiedades mecánicas, mientras que una cantidad en exceso puede dar lugar a excesivas rebabas.
El moldeo por compresión tiene algunas limitaciones, y no es muy aconsejable cuando se trata de moldear artículos de forma muy complicada con resaltes, entrantes o pequeños taladros laterales. Tampoco es aconsejable para moldear artículos de paredes gruesas (1 cm o más). Valores típicos de temperatura del molde, presión de moldeo y tiempo de moldeo para, por ejemplo, una resina fenólica son 150-200 °C, 20000 kg/cm" y 1.5 mm, respectivamente.
Los moldes en moldeo por compresión suelen tener áreas muy elevadas, por lo que las prensas utilizadas deben desarrollar elevadas fuerzas de cierre. La figura siguiente muestra una prensa típica empleada en moldeo por compresión.



Fuentes:
www.mater.upm.es
en.wikipedia.org
Tecnología de los polímeros de Beltrán - Marcilla


19 comentarios:

  1. Hola mariano, en los materiales que se pueden utilizar no pones al PET o RPET, ¿tambien se puede utilizar? y si se quieren fabricar laminas ¿por que no deben pasar de 1 cm?, ¿sabes si la maquinaria es mas cara que, por ejemplo la de extrucion o inyeccion? Si tienes mas informacion te lo agradeceria mucho, mi correo es mcrkira@gmail.com
    Saludos

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    1. Hola Raúl. El moldeo por compresión se utiliza muy a menudo para termoestables. Se puede utilizar resina poliéster no saturada, la cual puede ser obtenida a partir de PET reciclado (el PET es un poliéster). Esta resina se reticula para formar un material termorrígido en combinación de algún refuerzo como, por ejemplo, fibra de vidrio.
      Pero este método también puede ser utilizado en polímeros termoplásticos. De hecho, se está avanzando sobre la tecnología de moldeo de preformas de PET mediante el proceso de compresión. Para el posterior proceso de soplado-estirado para el conformado de las botellas de bebidas carbonatadas. Actualmente el moldeo por inyección domina la fabricación de preformas
      Mira el siguiente articulo…
      http://www.ptonline.com/articles/compression-molded-pet-preforms-challenge-injection-molding
      El costo de la maquinaría suele ser menor que en el moldeo por inyección.
      Saludos

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  2. Hola,

    Gracias por la información, para confeccionar una mezcla de termoplásticos y termoestables deberé usar primero un extrusor y luego el moldeo por compresión? cómo se enfría el molde? Temp ambiente? Como genero la temperatura para la compresión? Qué tipos de equipos recomendarías para una producción industrial pequeña? Gracias de nuevo.

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    1. Hola Mónica. Si requieres elaborar un compuesto se puede utilizar una extrusora para mezclar y obtener una preforma que luego se conformará por compresión. Se requerirá una prensa y un molde. El molde debe tener un sistema de calentamiento (por ejemplo: resistencias eléctricas) para alcanzar la temperatura óptima de moldeo dependiendo del material a utilizar y un sistema de intercambio de calor (ejemplo: circulación de agua) para acelerar el proceso de enfriamiento. Adicionalmente puedes requerir un equipo intercambiador de calor para enfriar el agua de proceso, un molino para aprovechamiento del scrap generado y un dosificador previo al extrusor o mezclador para el mezclado de los componentes previo pesado de los mismos.
      Saludos

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  3. hola me prodrias decir que problema podria tener una prensa que al momento de moldear pareciera que no tuviera presion y el material sale mal, se usa plastico maylar para preformar. de antemano gracias.

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    1. Hola Luis. Las causas pueden ser varias. Verifica que el motor este entregando las rpm necesarios, que no existen fugas de aceite, que la temperatura no sea demasiado elevada, nivel de aceite, estado de válvulas, filtros y bomba, desgaste de pistones o engranajes. Verificar también en el aceite ausencia contaminación (contenido de partículas y/o presencia de agua), viscosidad y sus propiedades de lubricación. Otras cosas que podrías observar es el buen funcionamiento de termostato (en caso de tener), y que no haya cuerpos extraños que obstruyan el circuito hidráulico o válvulas
      Saludos

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  4. EL moldeo por compresion se puede utilizar tambien para metales?? Por que? Y Gracias por la informacion, fue de gran ayuda :)

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    1. Hola Snati. Sí, el moldeo por compresión puede ser aplicado a metales. Mayoritariamente a los metales más blandos como, por ejemplo, el aluminio. Debido, básicamente, al hecho que puede ser deformado (o lograr que adopte determinada forma) bajo carga o presión.
      Saludos

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  5. como se puede precalentar la melamina para compresion?
    gracias

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    1. Hola tache. Lo más recomendable es la utilización de precalentadores RF (radiofrecuencia o alta frecuencia). También existen otras tecnologías basadas en calentamiento eléctrico o por infrarrojo.
      Saludos

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  6. Gracias Mariano,

    Podrias comentarme acerca dr la emisión de gases tóxicos en el proceso de moldeo por compresión de polímeros. También de los aditivos necesarios para evitar la ignición del producto final o donde puedo encontrar referencias acerca de estos temas.

    Saludos

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    1. Dependiendo del polímero termoestable en cuestión, durante el moldeo pueden existir emisiones de gases o vapores tóxicos. Por ejemplo, en el caso de la resina poliéster no saturada puede existir emisiones de monómero de estireno, utilizado para la reticulación de la resina, el cual es bastante tóxico. Es recomendable que los ambientes en donde se lleva a cabo el moldeo estén bien ventilados, posean dispositivos de extracción de gases, utilizar máscaras, etc.
      Existen gran cantidad de aditivos retardantes a la llama. Puedes ver un informe muy completo sobre retardantes a la llama en el siguiente enlace…
      http://www.observatorioplastico.com/ficheros/publicaciones/126155543Guia_plasticos_fuego_2010_encrip.pdf
      Saludos.

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  7. Una pregunta el moldeo de inyección, soplado o por compresión cual de estos proceso es el mas fiable y cual es el menos fiable

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    1. Hola Xavier. A qué te refieres con fiable? Considero que cada técnica tiene sus pros y contras. Generalmente, la utilización de uno u otro método depende de la pieza a producir y en ocasiones lo que se puede producir mediante uno de estos métodos no se puede producir mediante otro. Otro factor importante es la cantidad de piezas a producir, para el caso de un mismo tipo de producto que se pueda producir por dos tipos de estos métodos de conformación.
      Saludos

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  8. Hola Mariano,

    Tenemos en uno de los laboratorios una prensa hidráulica, la cual utilizamos para obtener películas delgadas por compresión como objeto de investigación científica de materiales poliméricos, tanto termoplásticos como termoestables.

    Utilizamos dos placas planas calientes de acero para formar dichas películas de polímero. Sin embargo, para ciertos polímeros, se nos presenta una situación, ya que después del proceso de compresión en caliente, el material se queda pegado en las placas y resulta muy difícil de retirar, o inclusive el separar las placas.

    Quisiera saber si me puedes recomendar algo para minorar dicho problema. Hemos tratado con pegar hojas de teflón a las placas, sin embargo al retirar la película delgada, observamos marcas provocadas por las mismas hojas del teflón. Mismas que pueden interferir en las pruebas posteriores que hacemos a nuestros materiales objetos de investigación.

    Gracias por tu atención. Saludos

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    1. Hola Edith. Ciertos plásticos pueden presentar una mayor adhesión que otros. Puedes probar puliendo las placas. Pueden existir imperfecciones en las placas, no visibles a simple vista, que pueden aumentar la adhesión de la lámina a la misma. También se pueden utilizar algún desmoldante como, por ejemplo, silicona. Pero dependiendo del tipo de investigación que estén realizando pueden luego interferir en los resultados de los ensayos.
      Saludos

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