Moldeo por compresión
Moldeo Por Compresión
Autor: José Eduardo Morales Méndez
Introducción
El Proceso de moldeo por compresión, es el procedimiento más común y antiguo conocido principalmente en la industria hulera, en la industria de los plásticos es usado en el conformado de materiales termofijos (Celulosa, resinas fenólicas, ureicas y melamínicas y elastómeros), composities y raramente se aplica para los termoplásticos.
El proceso de compresión más sencillo presenta los siguientes pasos:
Dentro de una prensa hidráulica se coloca el molde; el molde consta de una parte móvil y la otra en la parte fija, las partes se sujetan a las platinas (platos) de la prensa, estas a su vez se calientan por aceite o resistencias eléctricas o vapor saturado, los movimientos en el molde son:
1) Se coloca en el fondo de la cavidad del molde caliente, una cantidad fija de compuesto plástico;
2) Se cierran las mitades del molde para comprimir (el cierre es lento para permitir la desareación) y darle la forma de la cavidad a la resina;
3) Se mantiene la presión de cierre constante, a un tiempo determinado, este tiempo es el tiempo de curado, polimerización o fraguado, de esta manera la resina se transforma en una pieza sólida;
4) Se abre el molde y se retira la pieza formada.
El material fluye a través del molde por la acción del calor y la presión que transmite la prensa, llenando todo el molde; en este se efectúa un cambio químico, para los plásticos puede ser un material alimentado en forma de polvo o pastilla y transformado en un sólido homogéneo, para los elastómeros un material alimentado en forma plástica y ser transformado en un material elástico.
Operación de Moldeo
El ciclo de moldeo comienza con la apertura del molde, se introduce el compuesto a moldear, se cierra el molde caliente y se aplica presión hidráulica, esta comprime la parte inferior del molde contra la superior. El calor proporcionado al molde mediante las platinas calefactoras, provoca un cambio en la viscosidad del material, baja la viscosidad y fluye el material por todo el molde, llenando toda la cavidad.
En un tiempo determinado, se realiza la transformación completa del material, de acuerdo al ciclo calculado para terminar el proceso.
Los factores importantes del proceso de moldeo son:
— La temperatura del molde
— Velocidad de cierre de la prensa
— 
Presión de cierre de la prensa
— Diseño de la pieza a moldear
— Plasticidad del material
— Condiciones en que se halla la superficie
— de cavidad del moldeo
Prensa sencilla con pistón hidráulico de carrera ascendente
Duración De Moldeo Para Plásticos
El tiempo de curado es función del espesor de la pieza; esto se debe a que el material es un mal conductor del calor, y el calor recibido en el moldeo es de la superficie de la cavidad y la temperatura en el centro de la pieza tarda en llegar al valor necesario para el curado, un tiempo más larga cuando mayor es el espesor de la pieza.
Los fenoplástos se endurecen completamente al cabo de dos minutos para una pieza de 2mm de espesor, siendo el tiempo de curado proporcional al espesor.
Los aminoplástos, por lo general, exigen un tiempo de curado un poco más largo. Sin embargo, muchas piezas sencillas que no han de sufrir esfuerzos mecánicos durante su utilización, se curan en menos tiempo.
Los artículos de paredes delgadas se moldean fácilmente en un minuto (los tapones de botella se moldean en menos tiempo aún). El aumento de tiempo es proporcionalmente mayor que el del grueso.
Un artículo de 6mm de espesor, el tiempo requerido es de tres minutos. La cura de un artículo de 12mm de grueso puede durar veinte minutos en tanto que una pieza de 50mm de sección necesitará setenta y cinco minutos.
Duración De Moldeo De Elastómeros
Debido a que los elastómeros presentan problemas de transferencia de calor, el sistema de compresión se considera de mejores rendimientos para piezas geométricas no complicadas.
El tamaño del molde, la temperatura aplicada a las placas de la prensa y el espesor de la pieza determinan el tiempo requerido para alcanzar el equilibrio de temperatura.
El punto de vista económico hace que un fabricante haga la vulcanización con un ciclo tan corto y,
Por consiguiente, con una temperatura tan elevada como sea posible. Otro factor a considerar en la selección del tiempo óptimo de vulcanización es la variación de viscosidad contra tiempo de vulcanización. La vulcanización óptima es aquella que produce el mejor equilibrio de propiedades en el vulcanizado y esto varía con las condiciones de servicio. En la vulcanización a medida que aumenta la temperatura, el tiempo para alcanzar los máximos valores físicos disminuye, y a la inversa, al disminuir la temperatura, el tiempo para el mismo fin aumenta en la misma proporción. Aunque la proporción indicada varía ligeramente según el elastómero, y la formulación, en la práctica se acepta como valor aplicable el factor 2, es decir, por cada diez grados que se aumenta o disminuye la temperatura, se disminuye o aumenta el tiempo a la mitad o el doble.
Generalmente, los fabricantes suministran con los compuestos a moldear, información técnica sobre las mejores condiciones de moldeo para sus productos; este tipo de información suelen darla en gráficos como el de la siguiente figura (donde se presenta el tipo de curado frente a la temperatura del molde para un espesor determinado de la pieza que debe moldearse).
Presión y Temperatura de Moldeo
En el moldeo por compresión, el material preformado se coloca en el molde caliente y se cierra generalmente a baja presión, hasta que las dos mitades del molde ejercen presión sobre el material.
Bajo la acción conjunta de la presión y el calor, el material transformado.
El objetivo de controlar la presión de moldeo y la temperatura de curado da como resultado el tener piezas con óptimas propiedades físico-dinámicas que darán buenos resultados de uso final del producto. La presión controlada da un mayor rendimiento de equipo alargando la vida de éste.
Un control en la temperatura de curado lo podemos ver en los fenoplástos de colores negros ser a 190°C, o el caso de los aminoplástos que tienen colores claros no pasa de 145°C.
Un curado insuficiente de una pieza frecuentemente causa una fragilidad de ésta. Si la temperatura disminuye, también disminuye sensiblemente la máxima fluidez del material, para una presión de moldeo determinada. Si la temperatura es demasiado elevada, también resulta difícil llenar las cavidades intrincadas, debido a que en estas condiciones, si bien el material de moldeo es más fluido, solo lo es durante un tiempo excesivamente corto. Por lo tanto, se tiene que dar una temperatura óptima de moldeo.
Presión de Moldeo
Se llama presión de moldeo al cociente de la prensa y la sección transversal de la cavidad.
Esta cantidad, que da solamente el máximo valor de la presión de moldeo, no corresponde realmente a las condiciones de moldeo. La presión así calculada no presenta a la verdadera presión de moldeo nada más que en el caso excepcional de que el molde sea totalmente positivo y no tenga ninguna fuga. Para un molde semipositivo, la prensa no ejerce su fuerza total nada más que cuando el molde está totalmente cerrado; en este momento la fuerza se reparte, de una manera que se pueda calcular, entre el material que se moldea y el área de contacto entre las dos mitades del molde.
Cuando una prensa cierra un molde completamente, se mejoran las condiciones de moldeo al aumentar la fuerza de la prensa. En la práctica se observa simplemente un aumento de la velocidad de cierre; también no es aconsejable un cierre demasiado rápido de la prensa, pues puede conducir a que parte del material salga repentinamente expulsado de la cavidad, ocasionando excesivas rebabas y dando lugar a la formación de artículos de baja densidad y peores características mecánicas. Se considera que la verdadera presión de un material durante el ciclo de moldeo para un molde semipositivo depende de:
— La forma del molde
— Las holguras reservadas para la salida del material que pudiera haber en exceso
— Dureza del material
— La velocidad de compresión o velocidad de cierre del molde
El sistema comúnmente usado para proporcionar la presión al sistema de compresión (prensa) es el hidráulico.
Se presenta un esquema de circuito hidráulico usado en una prensa de compresión.
Se considera que un sistema hidráulico satisfactorio para una prensa de moldeo debe de disponer de dos líneas de presión, una de alta presión y otra de baja presión. La línea de alta presión proporciona presiones hasta de 800 Kg/cm2, aunque caudales relativamente pequeños. La línea de baja presión suministra grandes caudales de flujo a presiones relativamente bajas de 30.40 Kg/cm2.
Temperatura De Moldeo
Las temperaturas requeridas para el moldeo por compresión oscilan entre 130-180°C. Para la mayoría de los materiales termoestables, las temperaturas más eficaces de moldeo están comprendidas entre 150-160°C.
Los métodos de calefacción se pueden clasificar como:
— Calefacción con agua caliente a presión.
— Calefacción con aceite calentado.
— Calefacción eléctrica (resistencias).
— Calefacción con gas.
— Calefacción por inducción.
— Calefacción con semiconductores.
Un estudio económico decidirá el método adecuado a las necesidades de la empresa.
Problemas De Moldeo
Existen problemas de diferente índole que se presentan en la fabricación de artículos moldeados, ya sea de hule o de plástico.
Sus principales problemas son parecidos, ya que son termoestables.
Su solución puede requerir modificaciones mecánicas y/o de formulación. Se recogen en esta tabla los principales defectos que pueden aparecer en las piezas moldeadas, así como las probables causas y posibles soluciones.
1. Ampollas superficiales en la pieza (en sección gruesa).
Causas: Aire atrapado, falta de curado, falta de presión, gasificación o humedad, materia extraña.
— Cerrar el molde lentamente a baja presión; aplicar después presión total.
— Dar salida al aire de la cavidad.
— Precalentar para evitar humedad (evitar humedad en las materias primas).
— Aumentar presión de moldeo.
— Agregar cargas que absorban gases.
— Disminuir la temperatura del molde.
— Comprobar la uniformidad del molde.
— Usar materiales más “duros” (en opinión de algunas personas, aumentar la viscosidad del compuesto cuando éste esté muy plástico).
— Evitar contaminación de materiales extraños.
2. Piezas porosas (moldeo pobre).
Causas: Falta de presión, falta de material, de plasticidad, superficie quemada, aire atrapado o humedad.
— Aumentar la presión de moldeo.
— Disminuir temperatura del molde.
— Precalentar.
— Controlar la carga del molde (peso del material).
— Adelantar el “desgaseado” del molde.
— Usar moldes semipositivos.
3. Piezas que se agarran al molde.
Causas: Lubricación insuficiente, falta de curado, contaminación superficial, dibujo demasiado intrincado, tipo de carga en el compuesto, falta de elementos auxiliares.
— Aumentar temperatura del molde.
— Precalentar para secar.
— Limpiar el molde.
— Usar el material más “duro”.
— Eliminar resaltes y protuberancias en el macho y en la hembra.
— Pulir las cavidades.
— Aumentar el curado.
— Disminuir la presión.
— Comprobar el ajuste de las espigas de extracción.
— Comprobar el ángulo de salida delas cavidades.
4. Superficie embotada y sin brillo (brillo efímero).
Causas: bajos puntos de fusión en los agentes de abrillantamiento, contaminación superficial del molde.
— Ajustar temperatura del molde generalmente disminuyéndola.
— Cromar las cavidades.
— Cerrar el molde más despacio.
5. Superficie rugosa y granosa.
Causas: Baja viscosidad del material, mala dispersión del compuesto o materias primas mal refinadas, compuesto sobrecurado.
— Cerrar el molde lentamente a baja presión.
Dejar dos segundos antes de aplicar la presión total.
— Precalentar.
— Usar un material más duro.
— Usar preformas grandes y las menos posibles.
— Disminuir la temperatura del molde.
— Corregir dispersión de los materiales.
6. Superficie nubosa o segregada.
Causas: Variación de presión, falta de plasticidad.
— Disminuir la temperatura del molde.
— Precalentar las preformas.
— Controlar la presión y velocidad de cierre.
7. Superficie con hoyuelos
Causas: Variación de presión, expansión concentrada en la línea de partición del molde, falta de paralelismo en las placas, compuesto sobrecurado.
— Usar material más duro.
— Precalentar.
— Cerrar lentamente, prolongar el tiempo de aplicar baja presión, no desgasear, después aplicar alta presión.
— Disminuir la temperatura del molde.
— Aumentar el peso de la carga.
— Usar preformas más adaptables a la cavidad.
— Aumentar la presión de moldeo.
8. Piezas alabeadas
Causas: Molde mal calculado, cambio en las condiciones de vulcanización, exceso de rebaba, molde desgastado o deformado.
— Calentar el molde más duro.
— Precalentar.
— Aumentar el curado.
— Usar material con menor contracción y/o más rígido.
— Volver a diseñar el molde; usar espigas extractoras más grandes.
— Controlar temperatura del macho y de la hembra del molde, disminuir temperaturas.
— Precalentar.
— Enfriar uniformemente, y usar útiles para evitar las contracciones.
9. Roturas después de moldear.
Causas: Sobrecurado, molde demasiado caliente, adherencia excesiva al molde, método erróneo para sacar el artículo del molde.
— Modificar compuesto.
— Aumentar espesor de pared alrededor de las inserciones.
— Comprobar funcionamiento de las espigas extractoras.
— Corregir tamaño de los útiles de enfriamiento.
— Usar materiales más flexibles.
— Aumentar radios y secciones de nervios de refuerzo.
— Templar en estufa durante dos horas a 95°C
10. Rebabas gruesas.
Causas: Moldeo positivo sin control de cantidad, falta de limpieza entre las tapas del molde.
— Disminuir la carga de dosificación.
— Disminuir la temperatura del molde.
— Aumentar la presión.
— Cerrar el molde despacio; aplicar rápidamente alta presión.
— Eliminar desgaseado.
— Usar material más duro.
— Controlar limpieza en las zonas de salida de las rebabas.
— Comprobar la holgura entre núcleos y cavidad (0.05 mm).
11. Piezas mecánicamente débiles.
— Aumentar temperatura.
— Aumentar curado.
— Aumentar presión.
— Precalentar.
— Aumentar dosificación.
12. Señales de requemado.
— Disminuir temperatura de precalentamiento.
— Disminuir temperatura del molde.