Guía de selección de materiales para moldeo por inyección: 7 factores clave

El material de moldeo por inyección adecuado influye directamente en la calidad, el coste de producción y la durabilidad a largo plazo del producto final. Seleccionar la opción ideal requiere un análisis minucioso de múltiples factores críticos para evitar un rendimiento deficiente o un desperdicio innecesario de recursos.

Para evitar desajustes de materiales, nuestro Guía de selección de materiales para moldeo por inyecciónAnaliza 7 tipos de consideraciones clave, ayudándote a tomar decisiones eficientes y fiables.

Tasa de contracción

Los factores que afectan la contracción por moldeo de los termoplásticos son los siguientes:

Tipo plástico

Durante el moldeo, los termoplásticos experimentan cambios de volumen debido a la cristalización, junto con una alta tensión interna, una gran tensión residual congelada en las piezas moldeadas y una fuerte orientación molecular. En comparación conMoldeo por inyección de materiales termoestablesLos termoplásticos tienen tasas de contracción más altas, rangos de contracción más amplios y una direccionalidad obvia. Además, la contracción después del moldeo, el recocido o el acondicionamiento de la humedad es generalmente mayor que la de termoplásticosmateriales.

Características de las piezas moldeadas

Cuando el plástico fundido entra en contacto con la superficie de la cavidad del molde, la capa exterior se enfría rápidamente formando una capa sólida de baja densidad. Debido a la baja conductividad térmica de los plásticos, la capa interior se enfría lentamente, formando una capa sólida de alta densidad con una gran contracción.

Por lo tanto, las piezas con paredes más gruesas, enfriamiento lento y capas gruesas de alta densidad presentan una mayor contracción. Además, la presencia, la disposición y la cantidad de insertos afectan directamente la dirección del flujo de fusión, la distribución de la densidad y la resistencia a la contracción, lo que convierte a las características de la pieza en un factor determinante de la magnitud y la direccionalidad de la contracción.

Tipo, tamaño y distribución de las compuertas

Estos factores influyen directamente en la dirección del flujo de la masa fundida, la distribución de la densidad, la compensación del empaquetamiento y el tiempo del ciclo de moldeo. Las compuertas directas con secciones transversales grandes (especialmente las gruesas) reducen la contracción pero aumentan la direccionalidad; las compuertas anchas y cortas minimizan la direccionalidad.

Las zonas cercanas a la compuerta o paralelas a la dirección del flujo del material fundido muestran una mayor contracción.

Condiciones de moldeo

Las temperaturas elevadas del molde ralentizan el enfriamiento del material fundido, aumentan la densidad y elevan la contracción, especialmente en el caso de los plásticos cristalinos, donde la alta cristalinidad provoca cambios de volumen significativos y una mayor contracción. La distribución de la temperatura del molde afecta al enfriamiento interno y externo de las piezas y a la uniformidad de la densidad, influyendo directamente en la magnitud y la dirección de la contracción en las diferentes secciones de la pieza.

Además, la presión de compactación y el tiempo de mantenimiento tienen un impacto significativo: una mayor presión y tiempos de mantenimiento más prolongados reducen la contracción, pero mejoran la direccionalidad. Una mayor presión de inyección disminuye la viscosidad del material fundido, reduce la tensión de cizallamiento entre capas y aumenta la recuperación elástica tras el desmoldeo, reduciendo así moderadamente la contracción. Las temperaturas de fusión más elevadas aumentan la contracción, pero reducen la direccionalidad. Por lo tanto, ajustar la temperatura del molde, la presión, la velocidad de inyección y el tiempo de enfriamiento durante el moldeo permite controlar adecuadamente la contracción de la pieza.

Al diseñar moldes, determine la tasa de contracción para cada sección de la pieza en función del rango de contracción del plástico seleccionado, el espesor de la pared de la pieza, la forma, el tipo de compuerta, el tamaño y la distribución, y luego calcule las dimensiones de la cavidad del molde. Para piezas de alta precisión o cuando las tasas de contracción son difíciles de predecir, el diseño del molde debe seguir estos pasos:

1. Adopte una tasa de contracción menor para el diámetro exterior y una mayor para el diámetro interior de las piezas, a fin de permitir ajustes posteriores al ensayo del molde.
2. Determinar el tipo de sistema de alimentación, el tamaño y las condiciones de moldeo mediante pruebas de moldeo.
3. Medir los cambios dimensionales de las piezas que requieren postratamiento (las mediciones deben tomarse 24 horas después del desmoldeo).
4. Modifique el molde de acuerdo con los datos reales de contracción.
5. Realice una segunda prueba con el molde y ajuste ligeramente las condiciones del proceso para optimizar la contracción y cumplir con los requisitos de la pieza.

Fluidez

La fluidez es un factor importante en el selección de materiales para moldeo por inyecciónLa fluidez de los termoplásticos se puede evaluar mediante una serie de índices, entre los que se incluyen el peso molecular, el índice de fluidez en estado fundido (MFI), la longitud de flujo en espiral de Arquímedes, la viscosidad aparente y la relación de flujo (longitud de flujo/espesor de la pared de la pieza).

Una mejor fluidez se indica por un menor peso molecular, una distribución de peso molecular más amplia, una mala regularidad estructural molecular, un mayor MFI, una mayor longitud de flujo en espiral, una menor viscosidad aparente y una mayor relación de flujo. Para plásticos del mismo grado, consulte siempre la hoja de especificaciones del producto para verificar si su fluidez es adecuada para el moldeo por inyección. Según los requisitos de diseño del molde, común material plástico para moldeo por inyecciónSe pueden clasificar a grandes rasgos en tres categorías de fluidez:

• Buena fluidez: PA, PE, PS, PP, CA, Polimetilpenteno
• Fluidez mediaResinas de la serie del poliestireno (por ejemplo, ABS, AS), PMMA, POM, óxido de polifenileno
• Baja fluidez: PC, PVC rígido, óxido de polifenileno, polisulfona, poliarilsulfona, fluoroplásticos

 

La fluidez de todos los plásticos varía según los factores de moldeo, siendo las principales influencias las siguientes:

• TemperaturaLas temperaturas de fusión más altas aumentan la fluidez, pero el grado de variación difiere según el tipo de plástico. La fluidez del PS (especialmente los grados resistentes al impacto y aquellos con alto MFI), PP, PA, PMMA, poliestireno modificado (por ejemplo, ABS, AS), PC y CA es muy sensible a los cambios de temperatura, por lo que el ajuste de la temperatura es el método preferido para controlar su fluidez durante el moldeo. Por el contrario, la temperatura tiene un efecto mínimo en la fluidez del PE y el POM.
• PresiónUna mayor presión de inyección intensifica la acción de cizallamiento sobre el material fundido, aumentando su fluidez. Este efecto es particularmente pronunciado en el PE y el POM, por lo que ajustar la presión es la forma óptima de controlar su fluidez durante el moldeo.
• Estructura del moldeEl diseño del sistema de alimentación (tipo, tamaño, disposición), el diseño del sistema de refrigeración y la resistencia al flujo del material fundido (por ejemplo, el acabado de la superficie del molde, el espesor de la sección transversal del canal de alimentación, la forma de la cavidad y el sistema de ventilación) influyen directamente en la fluidez real del material fundido dentro de la cavidad.

Cualquier factor que disminuya la temperatura de fusión o aumente la resistencia al flujo reducirá la fluidez. El diseño del molde debe adoptar estructuras adecuadas según la fluidez del plástico seleccionado. Durante el moldeo, el control de la temperatura de fusión, la temperatura del molde, la presión de inyección y la velocidad de inyección también permiten regular adecuadamente el llenado del material fundido para cumplir con los requisitos del moldeo.

Cristalinidad

Los termoplásticos se dividen en dos categorías según si se produce cristalización durante la solidificación: plásticos cristalinos y plásticos amorfos. La cristalización se refiere al proceso por el cual las moléculas pasan de un estado desordenado y de libre movimiento en la fase fundida a un estado en el que el movimiento molecular cesa, las moléculas se asientan en posiciones relativamente fijas y tienden a organizarse en un patrón regular al enfriarse.

Un criterio visual para distinguir ambos tipos es la transparencia de las piezas de paredes gruesas: los plásticos cristalinos suelen ser opacos o translúcidos (p. ej., POM), mientras que los plásticos amorfos son transparentes (p. ej., PMMA). Sin embargo, existen excepciones: el polimetilpenteno es un plástico cristalino con alta transparencia, y el ABS es un plástico amorfo opaco. Al diseñar moldes y seleccionar máquinas de moldeo por inyección, se aplican los siguientes requisitos y consideraciones a los plásticos cristalinos:

• Se requiere más calor para elevar la temperatura del material fundido hasta la temperatura de moldeo, por lo que se necesita un equipo con alta capacidad de plastificación.
• Durante el enfriamiento y la cristalización se libera una cantidad considerable de calor, por lo que se requiere una refrigeración adecuada.
• La gran diferencia de densidad entre los estados fundido y sólido provoca una elevada contracción durante el moldeo, lo que fácilmente causa cavidades de contracción y burbujas de aire.
• El enfriamiento rápido da como resultado baja cristalinidad, baja contracción y alta transparencia. La cristalinidad está relacionada con el espesor de la pared de la pieza: las paredes más gruesas se enfrían más lentamente, lo que conlleva mayor cristalinidad, mayor contracción y mejores propiedades mecánicas. Por lo tanto, la temperatura del molde debe controlarse estrictamente para los plásticos cristalinos según sea necesario.
• Es común observar anisotropía evidente y altas tensiones internas. Tras el desmoldeo, las moléculas no cristalizadas tienden a seguir cristalizándose, dejando la pieza en un estado de desequilibrio energético que provoca fácilmente deformaciones y alabeos.
• El estrecho rango de temperatura de cristalización puede provocar una fusión incompleta del plástico o la obstrucción del canal de alimentación.

Sensibilidad al calor e hidrólisis

Sensibilidad al calor

La sensibilidad al calor se refiere a la tendencia de ciertos plásticos a decolorarse, degradarse o descomponerse al exponerse a altas temperaturas durante períodos prolongados, o al pasar por secciones transversales pequeñas que generan una alta tensión de cizallamiento y aumentan la temperatura de fusión. Los plásticos con esta propiedad se denominan plásticos termosensibles, como el PVC rígido, el cloruro de polivinilideno, los copolímeros de acetato de vinilo, el POM y el policlorotrifluoroetileno.

La descomposición de plásticos sensibles al calor produce subproductos como monómeros, gases y sólidos; algunos de estos gases de descomposición son irritantes, corrosivos o tóxicos para los seres humanos, los equipos y los moldes. Por lo tanto, se deben tomar las siguientes precauciones para el diseño del molde, la selección de la máquina de inyección, selección de materiales para moldeo por inyeccióny moldeo:

• Utilice máquinas de moldeo por inyección de tipo tornillo.
• Adopte sistemas de compuertas con secciones transversales grandes.
• Utilice moldes y barriles cromados para evitar zonas muertas donde el material pueda estancarse.
• Controlar estrictamente las temperaturas de moldeo.
• Añade estabilizadores al plástico para reducir su sensibilidad al calor.

Susceptibilidad a la hidrólisis

Algunos plásticos (por ejemplo, el policarbonato) se descomponen a altas temperaturas y presiones incluso si contienen trazas de humedad, una propiedad conocida como susceptibilidad a la hidrólisis.

Estos plásticos deben precalentarse y secarse utilizando métodos y especificaciones apropiados antes de su procesamiento, y debe evitarse la reabsorción de humedad durante su uso.

Agrietamiento por tensión y fractura por fusión

Agrietamiento por tensión

Ciertos plásticos son sensibles a la tensión, desarrollando fácilmente tensiones internas durante el moldeo y volviéndose quebradizos y propensos a agrietarse. El agrietamiento puede ocurrir cuando la pieza se somete a fuerzas externas o se expone a disolventes. Para abordar este problema:

• Añada aditivos antifisuras a la materia prima para mejorar su resistencia al agrietamiento.
• Asegúrese de que la materia prima esté correctamente secada.
• Seleccione las condiciones de moldeo óptimas para reducir la tensión interna y mejorar la resistencia al agrietamiento.
• Diseñe piezas con formas razonables y evite inserciones innecesarias para minimizar la concentración de tensiones.
• Incremente los ángulos de desmoldeo durante el diseño del molde, seleccione los sistemas de alimentación y los mecanismos de eyección adecuados. Durante el moldeo, ajuste correctamente la temperatura de fusión, la temperatura del molde, la presión de inyección y el tiempo de enfriamiento para evitar desmoldar las piezas cuando estén demasiado frías y quebradizas. Realice un tratamiento posterior al moldeo para mejorar la resistencia al agrietamiento, eliminar las tensiones internas y evitar el contacto con disolventes.

Fractura por fusión

La fractura por fusión se produce cuando un polímero fundido con un caudal específico fluye a través de un orificio de boquilla a temperatura constante, y su caudal supera un valor crítico, provocando grietas transversales evidentes en la superficie del material fundido. Este defecto perjudica la apariencia y las propiedades mecánicas de las piezas moldeadas. Para prevenir la fractura por fusión:

• Para polímeros con altos índices de fluidez en estado fundido, aumente la sección transversal de las boquillas, los canales de distribución y las compuertas.
• Reduzca la velocidad de inyección.
• Aumentar la temperatura de fusión.

Propiedades térmicas y velocidad de enfriamiento

Propiedades térmicas

Los distintos plásticos tienen propiedades térmicas diferentes, como la capacidad calorífica específica, la conductividad térmica y la temperatura de deflexión térmica:

• Los plásticos con alta capacidad calorífica específica requieren más calor para su plastificación, por lo que se deben seleccionar máquinas de moldeo por inyección con una gran capacidad de plastificación.
• Los plásticos con una alta temperatura de deflexión térmica se pueden desmoldar antes con tiempos de enfriamiento más cortos, pero el enfriamiento posterior al desmoldeo debe controlarse para evitar deformaciones.
• Los plásticos con baja conductividad térmica se enfrían lentamente (por ejemplo, los ionómeros tienen velocidades de enfriamiento extremadamente lentas), lo que requiere una mayor eficiencia en el enfriamiento del molde.
• Los moldes de canal caliente son adecuados para plásticos con baja capacidad calorífica específica y alta conductividad térmica. Los plásticos con alta capacidad calorífica específica, baja conductividad térmica, baja temperatura de deflexión térmica y baja velocidad de enfriamiento no son aptos para el moldeo a alta velocidad. Para estos materiales, se deben seleccionar máquinas de moldeo por inyección apropiadas y optimizar los sistemas de enfriamiento del molde.

Control de la velocidad de enfriamiento

Para todos los plásticos, la velocidad de enfriamiento debe controlarse adecuadamente en función de sus características de material y la forma de la pieza. Los moldes deben estar equipados con sistemas de calentamiento y enfriamiento para mantener una temperatura estable según sea necesario.

• Cuando la temperatura de fusión eleva la temperatura del molde, es necesario enfriar la pieza para evitar su deformación tras el desmoldeo, acortar los ciclos de moldeo y reducir la cristalinidad.
• Cuando el calor residual del material fundido es insuficiente para mantener la temperatura requerida del molde, se deben utilizar sistemas de calentamiento para controlar la velocidad de enfriamiento, asegurar la fluidez del material fundido, mejorar las condiciones de llenado o permitir un enfriamiento lento de las piezas para evitar un enfriamiento desigual en secciones de paredes gruesas y aumentar la cristalinidad. Para plásticos con buena fluidez, grandes áreas de moldeo o distribución desigual de la temperatura de fusión, los moldes pueden requerir calentamiento y enfriamiento alternos, o calentamiento/enfriamiento localizado, según las condiciones de moldeo de la pieza. Los moldes deben estar equipados con los sistemas de enfriamiento o calentamiento correspondientes para satisfacer estas necesidades.

 

Higroscopicidad

Debido a la presencia de diversos aditivos, los plásticos presentan diferentes niveles de afinidad con la humedad y pueden clasificarse a grandes rasgos en dos tipos: plásticos higroscópicos (que absorben y retienen la humedad) y plásticos no higroscópicos (que no absorben la humedad y no son propensos a la adhesión de la misma).

El contenido de humedad de las materias primas plásticas debe controlarse dentro de los límites permitidos. El exceso de humedad se vaporiza en forma de gas o provoca hidrólisis a altas temperaturas y presiones durante el moldeo, lo que genera defectos como burbujas, menor fluidez, un acabado superficial deficiente y propiedades mecánicas degradadas. Por lo tanto, los plásticos higroscópicos deben precalentarse y secarse utilizando métodos y especificaciones apropiadas antes de su procesamiento, y debe evitarse la reabsorción de humedad durante el almacenamiento y el uso.

Conclusión

Tél adecuado Selección de materiales para moldeo por inyecciónEs un paso crucial para lograr una calidad de piezas estable, una producción consistente y una buena relación costo-beneficio. Comprender factores clave como la contracción, la fluidez, la cristalinidad, la sensibilidad al calor, el comportamiento ante tensiones, las propiedades térmicas, la velocidad de enfriamiento y la higroscopicidad puede ayudarle a comprender mejor la compatibilidad entre los requisitos de diseño y los materiales.

LVMA se especializa en la producción piezas complejas moldeadas por inyección y actualiza periódicamente sus conocimientos sobre moldeo por inyección. Para más información, Por favor, contáctenos.