martes, 22 de mayo de 2012

Moldeado por inyección compounder (IMC)

El moldeo por inyección compouder es una tecnología que unifica en un solo los procesos de extrusión compounding e inyección. Aunque es una tecnología que está en su tercera generación (creada en 1997) ha tenido una implantación muy selectiva (sobre todo por los altos costes). Existen alrededor de 125 unidades IMC en todo el mundo. La patente de la tecnología la tiene la firma alemana Krauss Maffei.
El proceso de IMC abre nuevas posibilidades de procesado para combinar diferentes materiales de partida y procesarlos en una sola operación. Esta innovación permite fabricar piezas en la que los polímeros se pueden combinar libremente con cualquier refuerzo, fibra o relleno. Las aplicaciones potenciales van desde el sector del automóvil, a través de los sectores de embalaje, eléctrico y electrónico, a la producción de alimentos. Eso significa que se puede emplear en cualquier aplicación en la que los diferentes componentes deben mezclarse y moldearse en formas tridimensionales. A continuación, se puede observar una máquina de moldeado por inyección compounder:
Máquina de inyección compounder de Krauss Maffei
Con el IMC, las piezas se producen en una sola etapa del proceso de producción. Esto representa una combinación óptima de un proceso continuo de extrusión con la operación discontinua del moldeo por inyección. Debido a que el material sólo se calienta una vez, el material sufre menos degradación térmica. El primer paso del proceso es la dosificación gravimétrica de cada uno los materiales. El material plastificado y homogeneizado pasa de la extrusora a través de un canal caliente al cilindro de inyección. Durante las fases de inyección y compactación, el material suministrado continuamente por la extrusora, se almacena en un acumulador para mantener caliente la mezcla para suministrarla a la unidad de inyección y mantener constante la calidad de la formulación. Este proceso se muestra en la siguiente figura:
Esquema de la máquina de inyección compounder
Los elementos básicos para el moldeado de piezas por inyección compounder son el dosificador gravimétrico, una extrusora de doble husillo y la unidad de cierre. La unidad de plastificación e inyección se ha modificado con respecto a la inyección convencional para el moldeado por inyección compounder y desempeña un papel crucial en el proceso. En lugar de un sólo husillo para la plastificación y la inyección, se utiliza un doble husillo co-rotante para la plastificación y un pistón para la inyección.
Husillos co-rotantes entrelazados
Los husillos co-rotantes entrelazados permiten grandes volúmenes de compounding. Entre los husillos existe so­lo una pequeña separación, forzando con esto al plástico a circular por la periferia de los husillos, generando un pa­trón de forma de 8. Por esta pequeña separación se crea un efecto de auto-limpieza de la superficie del otro.
El proceso IMC permite un mejor control sobre la longitud de la fibra de vidrio minimizando la rotura de las mismas durante el proceso como lo haría el tornillo de una máquina de inyección común.
En una unidad de inyección estándar, el tornillo imparte cizallamiento perjudicial para el vidrio, provocando la rotura de fibra larga, resultando en longitudes de fibra más cortos y más bajas propiedades mecánicas. Las longitudes de fibra en las piezas hechas con pellets con fibra larga en prensas de inyección estándar tienen típicamente un promedio de 2 a 3 mm, aunque la longitud de partida puede ser de 2 pulgadas o más.
En las maquinas IMC, los rovings continuos de fibra de vidrio se introducen en la máquina compouder después de que el polímero se funde y por lo tanto, durante la mezcla se minimiza el desgaste de la fibra permitiendo conseguir fibras largas en la matriz polimérica además de minimizar el desgaste de los husillos. La inyección en el IMC se realiza mediante un pistón, lo que no aporta un cizallamiento a la fibra.
Esquema de alimentación fibra de vidrio al polímero
Las unidades de IMC pueden dar piezas con longitudes de fibra de vidrio de hasta 10 mm o más. Las longitudes de fibra más largas llevan a una pieza moldeada con superiores propiedades mecánicas. Este aumento del rendimiento permite que las piezas moldeadas por inyección puedan competir con el metal, SMC (Sheet Moulding Compound), GMT (Glass Mat Thermoplastic), y los pellets de pre-compounder utilizados para las piezas de la parte exterior e interior de los automóviles

Descripción de los beneficios aportados por la tecnología IMC
1. Para los transformadores que fabrican su propia materia prima (compounders), le permite reducir los costes de la materia prima, ya que realizan el proceso compound junto con la inyección en un sólo proceso.
2. La tecnología de proceso del moldeado por inyección compounder mejora la calidad de las piezas, especialmente en los materiales que llevan fibras o cargas. La degradación térmica en este proceso es reducida, ya que, debido al proceso de una única etapa, el material sólo tiene que ser fundido una vez. Esto, en parte, también es debido a que se realiza una única plastificación a menor presión y temperatura.
3. En cuanto a materiales con fibras, se pueden obtener las fibras más larga que con el proceso de compound convencional ya que la alimentación de las fibras se hace en continuo y como consecuencia de ello se mejoran las propiedades mecánicas.
4. Se pueden emplear para procesar una amplia variedad de materiales y fabricar nuevas mezclas, empleando materiales reforzados con alto contenido en carga (fibras, mezclas y aditivos).
5. Longitud de husillo constante, permite utilizar en la unidad de inyección relaciones de 1 a 5 (cuando lo normal es de 1 a 3) con lo que en una misma máquina se inyectan piezas de diferentes tamaños con la misma precisión y sin cambiar componentes.
6. Desgaste de husillo menor.
7. El IMC se puede emplear para la inyección de una amplia gama de productos con alta calidad, ya que la plastificación y la inyección están diferenciadas entre sí y el ciclo de inyección completo puede ser utilizado para la plastificación.
8. Este proceso tiene un amplio rango de aplicaciones debido a la amplia variedad de materiales que se pueden emplear.
9. Ahorro costo de material. Se evitan mermas y la máxima optimización del mismo en el proceso de transformación. Se estiman ahorros entre 0.5 y 1 EUR/Kg.
10. Ahorro en la instalación industrial, al juntar en una sola lo que antes había que tener en dos localizaciones diferentes. El tamaño de las máquinas, aunque es importante, se está reduciendo considerablemente con cada nueva versión.
11. Flexibilidad en el proceso: Reducción fuerza de cierre.

Principales aplicaciones
Automoción: frontales (fronted carrier) en polipropileno (PP) reforzado con fibra de vidrio, parachoques de polipropileno / EPDM, puerta trasera, panel de instrumental, componentes aerodinámicos.
Eléctrico-electrónico: Lavadoras (tambores), pilas combustibles
Embalaje: combinaciones con polvo de madera para fabricar cajas, pallets, incluso con reciclado de PET.
Ejemplos de pallets, de variada composición, fabricados por IMC
Módulo de puerta de automóvil
Frontales (fronted carrier)
Cápsula bajo motor




Referencias
:
http://www.krauss-maffei.com
http://www.plastemart.com
http://www.ptonline.com
 
 

martes, 15 de mayo de 2012

Moldeo por inyección asistido por agua (WAIM)

Introducción
A finales de la decada del 90, el Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) de la Universidad Técnica de Aachen, Alemania, retomó y desarrolló una “vieja idea” con sus investigaciones sobre la técnica de inyección con agua. El objetivo del proyecto era reducir los tiempos de enfriamiento en la fabricación de cuerpos huecos alargados, como por ejemplo empuñaduras y conductos del compartimento motor, o de piezas (planas) con zonas de pared gruesa. Para ello, la cavidad de la pieza ya no iba a conformarse mediante inyección de gas, sino de agua. De esta forma, se intentaba evitar que durante el proceso de desplazamiento de la masa fundida se evaporara el medio utilizado. El planteamiento base era que el agua no sólo constituye un medio refrigerante excelente, sino un medio mucho más barato, reutilizable y de aplicación universal.
Cajón obtenido por inyección asistida por agua
Además de reducir los tiempos de enfriamiento y los costos, con respecto al nitrógeno utilizado en la inyección de gas, el empleo de agua permite también reducir el grosor de pared residual. El ahorro de material es, por tanto, considerable: en productos de gran volumen puede llegar a ser del 65 por ciento, un porcentaje nada desdeñable, si tenemos en cuenta que los costes de materia prima constituyen hasta el 50 por ciento del costo total de la pieza.

Descripción del proceso
El principio básico de funcionamiento de la inyección con agua es la generación de un caudal de agua suficientemente grande y de un frente de flujo que desplace a la masa fundida. Este caudal es imprescindible para poder aprovechar todas las ventajas que ofrece un medio líquido, por lo que la pieza clave de esta nueva tecnología es el inyector de agua. Se utilizan una o más bombas para inyectar el agua a temperaturas entre 10ºC - 80ºC y presiones de hasta 350 bares, dentro del polímero pre-inyectado en la cavidad. Las numerosas pruebas y ensayos llevados a cabo por el instituto de Aachen pusieron de manifiesto que el mejor sistema para la fabricación en serie es un inyector accionado hidráulicamente. Un inyector de este tipo accionado externamente proporciona un elevado nivel de seguridad de proceso y, además, permite la recuperación automática del agua inyectada durante el ciclo de inyección, es decir, cuando la pieza todavía se encuentra en el molde cerrado. Por norma general, el agua inyectada no debe permanecer dentro de la pieza, por lo que es imprescindible que la técnica de inyección elegida para la fabricación en serie posibilite su recuperación automática.
Secuencia del llenado de la cavidad del molde en la inyección asistida por agua (con cavidad secundaria)
El agua puede permanecer en un principio en la pieza y después eliminarse. Para ello, la pieza se sella con lo que se llama una post-inyección, que se ocupa al mismo tiempo de la presión de mantenimiento. De este modo, en la sobre-inyección de piezas puede utilizarse el agua prácticamente como si fuera un núcleo incompresible. La eliminación del agua de la pieza en el molde puede llevarse a cabo mediante aire comprimido o mediante una evaporación (parcial) tras el alivio de presión. El agua recuperada puede filtrarse y, si conviene, introducirse de nuevo en el circuito.

Variantes del proceso
El proceso de inyección asistido por agua presenta distintos métodos en el proceso. Las principales diferencias se muestran en el proceso de control. A continuación, se muestran los 4 métodos principales del proceso WAIM.
Diferentes métodos de inyección con agua
Cada una de estas tecnologías presenta alguna ventaja respecto a la otra. Por ejemplo, una de las principales limitaciones de la tecnología de inyectada corta es la marca superficial en el punto de cambio. Este defecto desaparece cuando se emplea la tecnología de inyección completa con cavidad secundaria.

Ventajas y desventajas del proceso
Como principales ventajas de la inyección con agua destacan los tiempos de enfriamiento más cortos y la posibilidad de trabajar con piezas de mayores dimensiones y espesores de pared menores. Además, el coste comparativamente inferior que supone la utilización de agua como medio de proceso es una gran ventaja para la empresa. Sin embargo, no todo son ventajas, es necesario adoptar una gran cantidad de medidas para eliminar los efectos secundarios que puede tener la utilización de agua, tales como la corrosión de máquinas y moldes. Por otro lado, en comparación con la técnica de inyección de gas, que lleva años utilizándose, el diseño del inyector y la configuración del molde son más complicados. La eliminación posterior del agua residual, sobre todo si las piezas son muy curvadas, puede alargar los tiempos de ciclo, por lo que el tiempo ganado por un período de enfriamiento más rápido puede perderse en parte aquí.

Principales aplicaciones
Automoción: manivelas y brazos, pedales, salpicaderos, módulo de las puertas, baca (portaequipaje), brazos limpiaparabrisas.
Línea blanca: Conductos para lavadoras y dispositivos similares para electrodomésticos. Ofimática: rodillo de alimentación para impresoras, fotocopiadoras, etc.
Deporte/Ocio: palos de hockey, mango palo de golf, etc.
Medicina: agujas para extracción de sangre y equipamiento similar.
 


Referencias: 
http://www.aimplas.es

jueves, 10 de mayo de 2012

Moldeo por inyección asistida con gas (GAIM)

Introducción
La penetración de un fluido en una cavidad ocupada completamente por un líquido de diferente naturaleza es un problema de interés práctico, ya que tecnológicamente puede tener numerosas aplicaciones como la eliminación de aceites en superficies porosas, el revestimiento de fibras por líquidos, el acabado de productos cerámicos o la fabricación de cuerpos huecos mediante el moldeo asistido por gas.
Precisamente este es principio en el que se fundamenta el moldeo por inyección asistido por gas (GAIM: Gas-assist injection molding), que está siendo actualmente utilizado para la fabricación de piezas acabadas a partir de polímeros fundidos, en cuyo caso, se hace fluir agua o un gas (generalmente nitrógeno) dentro de la masa fundida de un polímero para que adquiera la forma final de la cavidad de moldeo correspondiente.
Pieza producida mediante inyección asistida por gas (por tobera)
La fabricación por inyección de piezas plásticas moldeadas por esta técnica conlleva tres modificaciones del proceso convencional de moldeo:
- Llenado completo o parcial dela cavidad de moldeo con el polímero fundido
- Penetración del gas a través de la masa fundida
- Expulsión de la pieza.

Con estas modificaciones la presión aplicada por el gas sobre el material fundido se trasmite con pérdidas mínimas, reduciendo el consumo de potencia y aumentando la calidad del producto acabado.

El origen de esta tecnología (GAIM) se remonta prácticamente a cuatro décadas, desde el registro de la primera patente por Friederich, en Alemania en 1975, y de Olabisi en EEUU en 1979. Su desarrollo comercial comienza en los 80’s, y desde entonces diferentes empresas han implantado esta técnica para la fabricación de sus productos debido entre otras razones a:
- La versatilidad para fabricar distintas geometrías
- La posibilidad de fabricación de piezas de mayores dimensiones
- El mejor acabado superficial
- La menor contracción y consecuencia la mejor estabilidad dimensional
- Posibilidad de fabricar piezas con paredes más delgadas
- Los ciclos de fabricación más cortos
- Ahorro sustancial de material

El modelo asistido por gas ha permitido la fabricación de piezas que mediante el moldeo por inyección convencional serian imposible de lograr, por ejemplo piezas con inserciones metálicas sobre paredes delgadas, parachoques, carcasas de radiadores, o bien piezas con grandes áreas superficiales como carcasas de fotocopiadoras, televisores y electrodomésticos en general, o piezas que convencionalmente se exponen a grandes esfuerzos mecánicos como pedales de automóviles, cuyas formas y diseños complejos requieren de resistencia a la flexión y a la torsión.

Algunas variantes de esta técnica son las siguientes:
Blow-up : Se insufla nitrógeno dentro de una masa de material polimérico fundido introducido en el molde, y por efecto de la entrada de gas, la masa fundida se va expandiendo hasta chocar con las paredes del molde, conformándose finalmente el material.
Blow-out : La cavidad de moldeo se llena con material fundido y posteriormente se inyecta nitrógeno de manera que cuando el gas se expande, el fundido en exceso sale a contracorriente, por la misma entrada del molde, haca el cilindro de preplastificación.
En sus inicios el GAIM pretendió ser la respuesta para la fabricación de cualquier pieza a precios económicos con importantes ahorros de tiempo y material. Sin embargo, la experiencia ha demostrado que no todas las piezas pueden moldearse por esta técnica, especialmente aquellas que no tienen una dirección preferencial de flujo de forma que el gas no puede deformar la masa fundida de polímero en un sentido definido, por ejemplo piezas planas como tapas, vasos y en general productos para envasados. Por esta razón, actualmente es posible encontrar un gran número de estudios y programas de software que permiten obtener con buena aproximación la forma de propagación del gas durante la expansión de la masa fundida. Sin embargo, estas aproximaciones fallan respecto a la predicción de propiedades de la pieza fabricada, lo que representa, en este sentido, una buena oportunidad para el desarrollo de nuevas investigaciones.

Consideraciones técnicas
Existen una serie de consideraciones técnicas que deben tenerse en cuenta para el manejo de esta tecnología. Primeramente, habrá que considerar la diferencia de viscosidades entre el polímero fundido y el gas, que generalmente es nitrógeno, y segundo, que el gas es compresible. Estas diferencias físicas hacen que tan pronto como se inyecte el gas en un punto específico:
- La masa fundida comience a moverse a través del molde, y tan pronto encuentre alguna resistencia (la pared del molde) el gas no fluirá más hacia ese punto, sino que se desviará hacia donde no encuentre resistencia alguna, con lo cual se asegura que el espesor de la pared será virtualmente constante, y determinado casi exclusivamente por la geometría de la propia cavidad de moldeo.

- A diferencia del moldeo por inyección convencional, la compresibilidad propia del gas, hace que una vez inyectado en la masa del fundido, se genere la expansión sin control de ésta dentro de la cavidad de moldeo.

- El nitrógeno siga la trayectoria de menor resistencia. Por lo tanto es importante cuidar la cantidad de masa de prellenado, porque pequeñas diferencias pueden conducir a diferencias importantes en la distribución de gas, de ahí que la reproductibilidad de las piezas estará directamente relacionada con la precisión del diseño geométrico del molde.

En función del diseño geométrico del molde, la propagación de la burbuja puede variar entre ciclo y ciclo. De ahí la necesidad de que el diseño del molde sea muy preciso y ajustado al proceso

Materiales plásticos utilizados
En general cualquier tipo de termoplástico que se emplee para la fabricación de piezas por inyección, puede utilizarse para la fabricación de piezas por GAIM, entre otros PP, ABS, PE, SAN, PPO, PBT e inclusive formulaciones con rellenos y refuerzos del tipo de fibra de vidrio. Por supuesto, los parámetros de procesado deberán seleccionarse de acuerdo a la forma del molde y de las características del polímero seleccionado. Así mismo, resulta evidente que los materiales semicristalinos presentan, por su menor viscosidad en estado fundido, mejores características de flujo y facilidad de conformado con respecto de los polímeros amorfos.

Requisitos del gas
El GAIM demanda altas presiones y óptimo control de las mismas durante el proceso, por lo que se requiere de complejos sistemas de válvulas que regulen presiones generadas por los compresores que pueden alcanzar valores de hasta 30 MPa (4400psi). Los puntos de inyección de gas pueden situarse en la misma entrada de la cavidad de moldeo, o bien separadas de esta, todos es función del diseño del molde y del tamaño de la pieza a fabricar.
La inyección de gas a la cavidad de moldeo a través de la misma boquilla de entrada de material fundido, normalmente se utiliza cuando la pieza es axialmente simétrica, inclusive puede ser utilizada para el caso de moldes multi-cavidades.
Cuando las piezas a fabricar no sean alargadas es preferible colocar la entrada de gas en posición diferente a la entrada de la cavidad de moldeo. En este caso, la entrada de gas puede colocarse en puntos estratégicos para obtener productos con prestaciones específicas localizadas, lo que les infiere alta calidad como producto acabado.
Los gases utilizados en esta tecnología suelen ser nitrógeno (N2), o anhídrido carbónico (CO2) en menor medida.

Proceso
Debido a que el proceso requiere inyectar en una misma cavidad de moldeo dos materiales muy distintos entre sí, los ciclos de producción difieren respecto al moldeo por inyección convencional. Desde este punto de vista, resulta evidente que la inyección de ambos fluidos a la vez es prácticamente inviable por lo que los ciclos de ambos deben ser superpuestos en función de las secuencias de fabricación de una pieza dada. Así, el gas solo puede inyectarse una vez que la masa de polímero fundido sea introducida dentro de la cavidad de moldeo, y la expansión de la misma comienza cuando la presión del nitrógeno es mayor que la presión del propio fundido.

El proceso convencional de moldeo por inyección asistida con gas consta de las siguientes etapas:
- Cierre del molde
- Inyección del plástico fundido
- Inyección del gas en la masa de fundido
- Mantenimiento de la presión de gas durante la solidificación
- Reducción de la presión del gas
- Apertura del molde
- Expulsión de la pieza

Secuencia del llenado de la cavidad del molde en el proceso de inyección asistido por gas (por tobera)
La correcta fabricación de piezas mediante GAIM por soplado en fundido (blow-up) requiere necesariamente un correcto volumen de fundido pues en caso contrario pueden ocurrir dos tipos de fallos:
- Un llenado insuficiente puede propiciar la rotura de la burbuja.
- Un exceso de material fundido puede alterar el ciclo del proceso entre cada pieza fabricada.

Es recomendable que el tiempo que transcurre entre la pre-inyección del fundido y la inyección de gas a esta masa sea lo más corto posible, porque los cambios de viscosidad en función del tiempo de residencia en la cavidad de moldeo pueden generar problemas de acumulaciones puntuales de material, y con ello defectos en la pieza acabada.

Por el contrario, en el caso del moldeo asistido por soplado a contracorriente (blow-out), las ventajas son evidentes, ya que la superficie de moldeado se forma más limpiamente a través de la cavidad inicialmente llena. En este caso, la inyección subsecuente de gas no genera problemas sobre la superficie del moldeado. No obstante, los espesores de pared residuales en este segundo caso, tienden a ser algo más grandes que mediante blow-up.
Aunque es bien conocido que la viscosidad de los polímeros fundidos sigue un comportamiento del tipo Arrhenius con respecto a la temperatura, la influencia de esta sobre los espesores de pared tiene más bien poca influencia, así, en el caso de ensayos con policarbonato, la experiencia ha demostrado que el espesor de pared es prácticamente constante cuando el molde se calienta desde 55 a 95ºC, sin embrago cuando se utiliza el mismo molde y se emplea nylon reforzado con distintas concentraciones de fibra de vidrio, el espesor de pared puede disminuir hasta menos de un 50% cuando se aumenta el contenido de fibra de 0 a 50%.

Desventajas
La GAIM sin embargo tiene limitaciones y entre las más conocidas se encuentran las siguientes:
- Costos adicionales debido al empleo de gas, así como a los dispositivos de control de inyección y en su caso los honorarios correspondientes a las licencias de uso
- La imperfecta reproductibilidad debido a la diferencia aerodinámica de las distintas cavidades.
- En caso de piezas de seguridad, se requieren espesores de pared más gruesos lo que conlleva elevar los gastos de consumo de materia prima.
- Mayores limitaciones respecto a los parámetros de control de calidad de la materia prima.
- Moldes con mayores requisitos de diseño que los convencionales de moldeo por inyección.
- Mayor gasto de inversión desde la puesta en marcha hasta el desarrollo de la capacidad completa de la tecnología GAIM.
- Desarrollo y selección de formulaciones de moldeo más difíciles.


Fuentes:

AIMPLAS - INYECCIÓN: Informe de Vigilancia Tecnológica 2009

lunes, 7 de mayo de 2012

ASA

Introducción
El ASA es un terpolímero amorfo termoplástico constituido por acrilonitrilo, estireno y acrilato. El ASA es un plástico denominado de ingeniería, con una excepcional resistencia a la intemperie. A diferencia de muchos materiales plásticos, el ASA mantiene su color y resistencia al impacto, incluso después de largo tiempo de uso al aire libre a largo plazo. El ASA es a menudo utilizado para techos de viviendas, cubiertas de equipo de transporte, maquinaria al aire libre y los equipos eléctricos cuando se requiere de color persistente y resistencia al impacto.
El acrilato-estireno-acrilonitrilo (ASA) fue introducido por primera vez por BASF alrededor de 1970 como con el nombre comercial de Luran S. La intención era crear un material similar al ABS, pero con mejor resistencia a la intemperie. Debido a este atributo del ASA, se lo ha utilizado mucho en la industria automotriz, así como para varias aplicaciones al aire libre. Las principales marcas comerciales son Luran S y Geloy

Síntesis y estructura química
El ASA se produce mediante la introducción de un elastómero de éster acrílico injertado en la reacción de copolimerización entre estireno y acrilonitrilo. Los elastómeros acrílicos utilizados pueden ser poli(n-butil acrilato), poli(etil acrilato) y/o poli(2-etil hexilacrilato).
Ejemplo de la estructura química del ASA
Para producir los injertos de SAN (copolímero de estireno-acrilonitrilo) en la cadena de polibutil acrilato son necesarios compuestos etilénicamente insaturados (denominados agentes de reticulación) copolimerizados con el elastómero de acrilato, como por ejemplo el 1,3-butileno diacrilato. En la reacción de copolimerización entre el estireno y el acrilonitrilo también se puede realizar en presencia de un agente de reticulación (por ejemplo, el divinilbenceno).
Una formulación típica de copolímero de acrilonitrilo-estireno-acrilato es de 5 a 35% en peso de un reticulado de estireno-acrilonitrilo y de 15 a 85% en peso de un de estireno-acrilonitrilo lineal o no reticulado. La composición está hecha por una secuencia de tres etapas que comprende la polimerización en emulsión de un acrilato de alquilo que contienen al menos un monómero de reticulación, polimerización en emulsión de una mezcla de monómeros de estireno y acrilonitrilo y al menos un monómero de reticulación en presencia del elastómero de acrilato (copolimerizado con el agente de reticulación) formado en el paso anterior (o una secuencia inversa de las dos anteriores procedimientos de polimerización en emulsión) y, por último, polimerización en emulsión o suspensión de estireno y acrilonitrilo en presencia de los productos previamente formados.

Propiedades y características
El terpolímero estireno-acrilonitrilo-acrilato es un material que tiene gran dureza y rigidez, buena resistencia química y estabilidad térmica, excelentes resistencias a la intemperie, el envejecimiento y el amarillamiento y de alto brillo.
La diferencia, a nivel químico, entre el ABS y el ASA radica en el elastómero utilizado. En el ASA se utiliza un elastómero acrílico a diferencia del butadieno en el ABS.
Se puede incorporar en aleaciones, combinaciones y mezclas para beneficiarse de las propiedades de las resinas componentes, por ejemplo, el ASA mezclado con resinas de cloruro de polivinilo (PVC) para paredes extruidas, o con resinas de policarbonato (PC) para aplicaciones termo-resistentes. La buena compatibilidad con el ABS permite incluir una cantidad de hasta 25% de ASA en el procesamiento del ABS.

Desventajas
- El ASA funde con otros termoplásticos tales como poliolefinas, poliestirenos y poliamidas dando lugar a las molduras de poca fuerza
- Es atacado por ácidos concentrados, hidrocarburos aromáticos y clorados, ésteres, éteres y cetonas
- Generación de humo tóxico cuando se quema
Tabla de propiedades típicas del ASA
Propiedad
Valor
Densidad (g/cm3)
1.07
Dureza de la superficie
RR105
Resistencia a la tracción (MPa)
35
Módulo de flexión (GPa)
2.5
Impacto Izod (kJ/m)
0.1
Expansión lineal   (/°C x 10-5)
10
Alargamiento de rotura (%)
10
Tensión en Rendimiento (%)
3.3
Max. Temp. de funcionamiento.(°C)
60
Absorción de agua (%)
0.5
Índice de oxígeno (%)
19
Inflamabilidad UL94
HB
Resistividad de volumen (log ohm.cm)
14
Rigidez dieléctrica (MV / m)
22
Factor de Disipación 1kHz
0.025
Constante dieléctrica 1kHz
3.2
HDT@0.45 MPa (°C)
97
HDT@1.80 MPa (°C)
85
secado  (horas a °C)
3 a 85
Fusión Temp. Rango (° C)
210-240
La contracción (%)
0.5
Rango Temp. Molde (°C)
50-85
Los valores pueden variar dependiendo de la cantidad de monómeros en el terpolímero

El ASA admite ser procesado por inyección y extrusión. Si bien presenta una baja absorción de agua es recomendable el presecado antes de procesarlo. Al ser un polímero amorfo, tiene una baja tasa de contracción. La post-contracción es insignificante en la mayoría de las aplicaciones, lo que representa aproximadamente 1/10 de la contracción total.
El ASA es muy adecuado para la extrusión de láminas, perfiles macizos y huecos y tuberías. Las láminas de ASA pueden ser termoformadas para dar molduras con una buena distribución espesor de la pared.
Grados especiales de ASA admiten el moldeo por soplado.
Los materiales moldeados en ASA permiten un post-procesamiento:
- Mecanizado (torneado, fresado, taladrado, corte con sierra)
- Soldado (de placa caliente, por rotación y en algunos casos por ultrasonido)
- Pegado (el ASA es soluble en metil etilcetona, dicloroetileno y ciclohexanona)
- Tratamiento de superficies (impresión, pintado sin tratamiento previo especial)

Aplicaciones
- Partes de vivienda (marcos de ventanas y techos)
- Componentes aeroespaciales
- Partes de automóviles (parilla del radiador)
- Juguetes
- Piezas estructurales al aire libre (perfiles, tubos)
- Instalaciones eléctricas (gabinetes, cajas)
A continuación, algunos ejemplos de los usos del ASA y de mezclas con otros poímeros:
Tejas de ASA/PVC

Marco de ventana de ASA

Soporte y caja de cámara de seguridad de ASA/PC

Parrilla del radiador del automóvil VW Golf R32

Mango de cepillo de diente eléctrico (Oral-B Braun - CrossAction)

Juguetes (Märklin, el mayor fabricante mundial de trenes a escala)

Cortadora de césped automática con carcaza de ASA

Caja para tablero eléctrico




Fuentes:
http://www.ec21.com
http://www.sciencedirect.com
http://www.rapra.co.uk
http://www.azom.com
http://www.sabic.com
http://www.patentstorm.us
http://www.portplastics.com
http://www.patentgenius.com
http://www.widepr.com
http://www.styrolution.net

miércoles, 2 de mayo de 2012

Tratamiento corona

Introducción
Tanto los films como los objetos de plástico poseen superficies impermeables (no porosas) y químicamente inertes cuyas tensiones son bajas, lo que las hace no receptivas para adherirse a los substratos, tintas para imprimir, adhesivos y lazas o recubrimientos.
El tratamiento corona aumenta la energía de la superficie de los films plásticos, foils, papel y polímeros a fin de incrementar la permeabilidad de los mismos para favorecer a la adhesión de las tintas, cubiertas y adhesivos.
El tratamiento da mejores resultados cuando un substrato es tratado en el momento de la extrusión y en la línea de producción antes de su conversión (converting).
El tratamiento corona incrementa la calidad y la productividad ya que, luego de haber realizado dicho tratamiento, se obtendrá no sólo mayor calidad y rapidez en la impresión, sino que también existe una cantidad menor de desperdicios.
Electrodo de tratamiento corona


Principio
EFECTO CORONA

El efecto corona es un fenómeno eléctrico que se produce en los conductores de las líneas de alta tensión y se manifiesta en forma de halo luminoso a su alrededor. Dado que los conductores suelen ser de sección circular, el halo adopta una forma de corona, de ahí el nombre del fenómeno.
Descarga corona
El efecto corona está causado por la ionización del aire circundante al conductor debido a los altos niveles de tensión de la línea. En el momento que las moléculas de aire se ionizan, éstas son capaces de conducir la corriente eléctrica y parte de los electrones que circulan por la línea pasan a circular por el aire. Tal circulación producirá un incremento de temperatura en el gas, que se tornará de un color rojizo para niveles bajos de temperatura, o azulado para niveles altos. La intensidad del efecto corona, por lo tanto, se puede cuantificar según el color del halo, que será rojizo en aquellos casos leves y azulado para los más severos. La descarga va acompañada de un sonido silbante y de olor de ozono. También se generan óxidos nitrosos y si hay humedad apreciable, se produce ácido nitroso.
La ruptura dieléctrica del aire que se produce con el efecto corona tiene lugar cuando la intensidad del campo eléctrico alcanza los 3MV/m.

Tratamiento corona en films
Los films pre-tratados (films a los cuales se les ha tratado la superficie en el momento de su producción) presentan una energía mayor en su superficie, la cual resulta crucial a la hora de lograr una buena calidad, ya sea en la impresión, en el recubrimiento o en los productos laminados.
Aquellos films que no han sido tratados en el momento de su producción no aceptarán apropiadamente ni la impresión, ni el recubrimiento, ni el laminado. Cabe destacar que, algunas veces, aunque el film haya sido tratado en el momento de su producción, esto no siempre garantizará que en el futuro la impresión, el recubrimiento o el laminado se logren fácilmente.
Tratamiento corona
Tratamiento corona (zoom)

Cada tipo de film posee una energía de superficie intrínseca (nivel de dina) la cual puede ser aumentada por medio del tratamiento corona en el momento de la producción del mismo. Como este nivel de tratamiento disminuye a medida que pasa el tiempo, el film debe imprimirse o cubrirse inmediatamente después de la producción ya que, luego de haber transcurrido unos pocos días o semanas, pierden la suficiente energía en la superficie como para no ser aptos para imprimirlos o recubrirlos.
Como resulta casi imposible garantizar que el film será convertido dentro del límite de tiempo requerido, con frecuencia, será necesario volver a realizar el tratamiento en línea. Es importante destacar que el tratamiento que se le pueda dar al film no reemplazará al tratamiento primario que se realiza en el momento de su producción. De hecho muchos films, especialmente los poliolefínicos (polietileno o polipropileno), son casi imposibles de tratar si dicho tratamiento se realiza después de haber sido extruidos.
A fin de asegurar una calidad consistente, se deben utilizar films que hayan sido tratados en el momento de su fabricación y volver a tratarlos en línea. Para obtener un producto de calidad aceptable tanto para el encargado de realizar la conversión como para el consumidor final. Debe ser aplicado tratamiento corona al substrato dos veces:
1.- En el momento de extrusión.
2.- Antes de la conversión.

Características del tratamiento
Como se ha mencionado, el sistema de tratamiento corona ha sido diseñado con el fin de incrementar la energía de la superficie de los films plásticos, foils y papeles, permitiéndoles mejorar tanto la permeabilidad de los mismos como así también la adhesión de las tintas, cubiertas y adhesivos. Como resultado, los materiales que hayan sido tratados mostrarán una mayor calidad de impresión y de adherencia, como así también una mayor fuerza en el laminado.
Las principales ventajas del tratamiento corona son:
En plásticos aumenta la adherencia de tintas, adhesivos, recubrimientos y laminados.
En metales actúa limpiando y desengrasando, mejorando su adherencia.
En tejidos aumenta su humectabilidad y, por tanto, la calidad de impresión sobre los mismos.
En papel y cartón aumenta su humectabilidad, consiguiendo mejoras en su impresión, adherencia y compactación.
Máquina de tratamiento de superficies por efecto corona para films

Un sistema de tratamiento corona consta de dos componentes principales: la fuente de potencia o generador y la estación de tratado.
La fuente de potencia acepta los 50/60 Hz estándar de potencia eléctrica y los convierte a una fase simple de una frecuencia mayor (nominalmente de 10 a 30 KHZ) de potencia, la cual alimenta a la estación de tratado.
A la vez, la estación de tratado aplica dicha potencia a la superficie del material a través de un espacio de aire (luz), por medio de un par de electrodos a alta potencia y por medio del rodillo, el cual sostiene el material. Sólo aquel lado del material que se encuentre de cara al electrodo deberá mostrar un aumento en la tensión de la superficie (Si se aplica el tratamiento al otro lado del material este fenómeno se conoce como "tratamiento al lado posterior").
Un sistema de tratamiento corona, en su forma más simple, puede ser descrito como un capacitador. El voltaje se aplica a placa superior la cual, en el caso de un sistema de tratamiento corona, sería el electrodo. La porción dieléctrica del capacitador estará compuesta por algún tipo de cubierta del rodillo, aire y substrato en la tratadora.
Tratamiento corona para láminas o films

El componente final o placa inferior tiene la forma de un rodillo dieléctrico conectado a tierra. En el sistema de tratamiento corona, la acumulación progresiva de voltaje ioniza el aire de la abertura creando el efecto corona, el cual hará que aumente la tensión de la superficie del substrato que pasa sobre el rodillo.
Determinación del nivel de tratamiento
El método más utilizado para medir el nivel de tratamiento es a través de la utilización física de líquidos de diferente tensión superficial aplicados sobre el objeto a medir. La humectabilidad, tensión de humectación o tensión superficial es la capacidad que posee una superficie de promover la expansión y la adherencia de un líquido, siendo la unidad utilizada la dina por centímetro (dina/cm).
Tintas de adherencia (dinaje)
El método ASTM D-2578 describe el procedimiento para medir la tensión de humectación en películas de poliolefinas. El valor correspondiente se obtiene aplicando gotas de diferentes mezclas de formamida y etil-cellosolve (etilenglicol monoetil éter), de tensión superficial conocida sobre la superficie del objeto. La tensión superficial del objeto será aquella que permita a la gota de una determinada mezcla humectar la superficie por un período mayor a dos segundos. Si la humectación se logra con una gota proveniente de una mezcla con tensión superficial de 38 dinas/cm, este mismo valor se le asignará a la superficie.
En el mercado existen varios rotuladores y kits de tintas con distintos valores de dinaje para la comprobación de que el tratamiento del film es el correcto.
La manera precisa de medir el tratamiento corona sobre una superficie de película plástica es mediante soluciones preparadas. Sin embargo, en los procesos de extrusión e impresión de películas plásticas, el método más práctico y recomendable para medir el tratamiento corona es mediante el rotulador de verificación de tratamiento.
Rotulador para verificación de tratamiento corona
Tensiones de tratamiento
El nivel de tratamiento adecuado varía en función de la aplicación, los requisitos impuestos sobre el material tratado, la cantidad y tipo de tinta utilizados, entre otros. En principio, se puede considerar la siguiente referencia:
Nivel de Tratamiento
(dinas/cm)
Aplicación
37
Mínimo imprescindible para impresión
40
Ideal para impresión general
42
Mínimo imprescindible para plastificación y laminación
45
Mínimo imprescindible para unión de película con adhesivos

La presencia de ciertos aditivos en la superficie del objeto interfiere con el nivel de tratamiento, por lo que las películas o envases producidos a partir de resinas de polipropileno aditivadas con agentes antiestáticos, deslizantes u otros lubricantes, pueden necesitar un nivel de tratamiento mayor. La migración de los aditivos a la superficie del objeto ocurre de 24 a 48 horas después del proceso de producción, pudiendo disminuir el nivel de tratamiento hasta en 3 dinas/cm.

Medidas de la tensión superficial:
La unidad básica de medición para la tensión superficial es: Newton / metro (N/m). Fuerza / unidad de longitud

Fuerza = masa x aceleración
Fuerza = kg x m/s2
1 kg x m/s2 = 1 Newton

La tensión superficial es fuerza sobre unidad de longitud:
1 N = 1 kg x m/s2
1 N = 100,000 Dynas
1 N/m = 100,000 Dynas/m
100,000 Dynas / m (1m / 100 cm) = 1,000 Dynas / cm
Aplicaciones
El tratamiento corona comenzó a aplicarse en las líneas de extrusión de films plásticos, en el momento de su fabricación. Posteriormente esta técnica de tratamiento se fue incorporando a las líneas de impresión, laminación y de adhesivación de materiales plásticos y películas metalizadas.
El boom del converting y del embalaje flexible dio un gran impulso a la aparición y desarrollo de equipos de tratamiento corona de última generación, capaces de garantizar las necesidades de una industria muy exigente, que precisa trabajar a altas velocidades de línea con la seguridad de tener garantizados el anclaje de tintas, barnices, lacas y adhesivos en materiales plásticos, y la limpieza y el desengrase en materiales metalizados.
Extrusión de films plásticos
Tratamiento de las dos caras de películas plásticas en las líneas de extrusión de película tubular (blown film) y película colada (cast film).
Converting
En impresoras flexográficas, tipográficas, de huecograbado, etc.
En laminadoras y en líneas de extrusión coating.
Banda estrecha
En líneas de materiales de banda estrecha: impresoras de etiquetas, de precintos, de flejes, de recubrimientos de embutidos, en laminadoras, etc.
Hojas y Paneles
En la plastificación de hojas, impresión de carpetas y de hojas plastificadas, complejos de madera laminados con materiales plásticos (ej. puertas y paneles), desengrase de planchas metálicas antes de su adhesivación con otros materiales, etc.
Objetos 3D (corona indirecto)
Tratamiento de todo tipo de superficies tridimensionales plásticas y de caucho para facilitar su impresión y adhesivación en sectores muy diversos.


Fuentes:
http://www.trelsa.com
http://www.amcomercializadora.com
http://www.enerconind.com
Instalaciones de Potencia - Marcelo A. Sobrevila
Tecnología eléctrica - Ramón M. Mujal Rosas
http://en.wikipedia.org
http://www.adendorf.net
http://www.directindustry.es