Moldeo y conformación de plásticos y materiales compuestos

1. Moldeo y conformación de
plásticos y materiales
compuestos
Ing. Fausto Oviedo F. MSc.
Escuela Politécnica Nacional
Facultad de Ing. Mecánica
Abril 2013

2. Polímeros

3. Polímeros sintéticos

4. Constitución de los polímeros:

5. Constitución de los polímeros:

6. Constitución de los polímeros:

7. Constitución de los polímeros:

8. Constitución de los polímeros:

9. Constitución de los polímeros:
Arquitectura de las cadenas

10. Constitución de los polímeros:
Arquitectura de las cadenas

11. Clasificación de los polímeros por su
comportamiento con la temperatura, en
concordancia con la arquitectura de sus cadenas:

12. Constitución de los polímeros:

13. Constitución de los polímeros:
Ovillo estadístico y orientación

14. Constitución de los polímeros:
Orientación

15. Constitución de los polímeros:
Orientación; anisotropía

16. Constitución de los polímeros:
Cristalinidad

17. Constitución de los polímeros:
Enlaces Intermoleculares, Puente de Hidrogeno

19. Carácter Visoelástico de los polímeros

23. Conformado de plásticos
Extrusión

24. Extrusión

25. Productos extruidos

27. Comportamiento reológico del
material

29. Extrusora

30. Partes constitutivas de la extrusora

31. Husillo

32. Funciones del Husillo

33. Relación L/D

34. Relación de compresión CR

35. Valores referenciales de L/D y CR

36. Tipos de
Husillos

37. Tipos de extrusora

38. Extrusora convencional de un husillo

39. Extrusora de un husillo de alto
rendimiento

40. Extrusora de doble husillo
contra-rotante

41. Extrusora de doble husillo
contra-rotante

42. Extrusora de doble husillo co-rotante

43. Extrusora planetaria

44. Plato Rompedor

45. Sistemas periféricos

46. Perfilería extruida

47. Extrusión soplado de film

48. Extrusión soplado

49. Coextrusión

50. Recubrimiento de Cable

51. Conformado de plásticos
Inyección

52. Proceso de Inyección

53. Proceso de Inyección

54. Molde

55. Unidad de Inyección

56. Unidad de Inyección: Anillos de
Retención

57. Ciclo de Inyección
c) Mantenimiento

58. La presión en el ciclo de inyección:

59. La temperatura en el ciclo de Inyección

60. Presión y Temperatura en el ciclo de
inyección

61. Piel fría

62. Conformado de
Materiales
Compuestos
Introducción

63. Material Compuesto
Un material compuesto es un sistema
formado por dos materiales de
distintas fases, cuya combinación
proporciona propiedades que son
diferentes a las de sus constituyentes

64. Características de un Material
Compuesto
1. Constar de 2 o más materiales
( Químicamente distintos; Separados por
una interface; Separables mecánicamente)
2. Propiedades únicas, superior alguna(s) a las
de los componentes
3. Dispersión del un material en el otro
controlable

65. Componentes un Material Compuesto
1. Matriz: Fase continua
2. Refuerzo: fase dispersa, cambia las
propiedades de la matriz
3. Aleantes: Agentes de acoplamiento, rellenos,
revestimientos
Interfaz: Superficie
de conexión M/R,
También influye en
las propiedades

66. Materiales de los Compuestos
Tanto la Matriz como los refuerzos pueden ser:
• Metales
• Cerámicos
• Polímeros

67. Propiedades del Material Compuesto
Dependen de:
1. Propiedades de las fases de los materiales
constituyentes.
2. Proporciones relativas de las fases
3. Geometría de las fases de refuerzo
4. Características de la interfaz

68. El uso de los Materiales Compuestos
• Necesidad de materiales con propiedades
inusuales
• Mayor resistencia específica
• Disminución del costo de los refuerzos
• Posibilidad de automatización del proceso de
fabricación

69. Clasificación
Unidireccionales
Multidireccionales
Tejidos
Mat.
Comp.
Reforzados con
partículas
Reforzados con
Fibras
Estructurales
Grandes (interacción
no atómica o molecular)
Consolidados por
dispersión (10-100 nm)
Continuas
Discontinuas
Laminares
Paneles sandwich
Alineadas
Orientadas al azar
Nanométricas

70. Matrices
Funciones de la matriz
• Juntar a los materiales de refuerzo
• Proteger a los materiales de refuerzo del medio
ambiente, humedad, ataque químico y del daño
mecánico (desgaste)
• Transferir los esfuerzos a los materiales de refuerzo, y
protegerlos de los esfuerzos de compresión
• Proveer la forma a una estructura
• Proveer acabado superficial de buena calidad

71. • Proveer propiedades como tenacidad, resistencia al
impacto, etc.
• Aislar una fibra o partícula de otra de modo que la
propagación de grietas se detenga o su velocidad se
reduzca
• La matriz controla las propiedades químicas y
eléctricas del compuesto.

72. La matriz debe:
• Poseer buena resistencia química
• Presentar poco encogimiento
• Adaptarse con facilidad al procesamiento
final del compuesto
• Presentar estabilidad dimensional
Matriz de Aluminio
Reforzado con
partículas
De alúmina

73. Tipos de Matriz
• Metálicas
• Cerámicas
• Poliméricas

74. • Ejemplos de Matrices
metálicas:
– Fibras de SiC o de boro en
matriz de aluminio
– SiC en una matriz de titanio
– Fibras de carbono en
matrices de magnesio, cobre
o aluminio
• Aplicaciones:
– Cabezas de pistones para
motores automotrices
– Alabes de turbinas de gas
– Paquetes electrónicos
– Aplicaciones espacialesHerramientas de corteWC-Co

75. • Matrices Cerámicas:
– SiC reforzado con SiC
– Nitruro de silicio
reforzado con SiC
– Vidrio reforzado con
fibras de carbono
Aplicaciones:
– Turbinas para
turboreactores
– Herramientas de corte
– Partes de válvulas
– Cojinetes
– Hormigón
Fibras de SiC reforzando una
matriz de nitruro de silicio.

76. • Matrices Poliméricas:
– Compuestos reforzados con
carbono para partes de aviones
– Resina epoxi con fibras de boro
para palas de rotor de
helicópteros
– Compuestos con fibra de aramida
para disminuir pesos
– Termoplásticos con fibras
naturales para partes de autos y
madera plástica
– Neumáticos
– Equipos deportivos
– Barcos

77. Refuerzos
Funciones del material de refuerzo:
• Soportar la carga
• Proveer rigidez, resistencia, estabilidad térmica y
otras propiedades estructurales
• Proveer conductividad eléctrica o aislamiento

78. Tipos de materiales de refuerzo
• Partículas
• Fibras

79. Partículas
De acuerdo al mecanismo de
consolidación:
• Partículas grandes o
agregados
• Consolidados por dispersión
De acuerdo al material:
– De vidrio
– Minerales
– Polvos metálicos

80. Tipos de Fibras
En función de los materiales:
1. Inorgánicas
Ti, Ni, Acero, SiC, C, B, Vidrio
2. Poliméricas
Aramida, polietileno
3. Vegetales
cabuya, abacá, sisal
En función de su diámetros y
características:
 Whiskers
 Fibras
 Alambres
En función de la continuidad:
 Continuas
 Discontinuas

81. Compuesto de PP con fibra de vidrio (FV)
FV PP
PP-gAM-FV
AM mejora interfase PP-FV
Interfaz

82. Rellenos
Funciones
• Reducir costos
• Incrementar el módulo
• Reducir el encogimiento en el molde
• Controlar la viscosidad
• Producir una superficie menos rugosa
Ej: sílice, carbonato de calcio, etc.

83. • Matriz y fibras de carbono
• Propiedades especiales:
– Temperaturas de servicio
mayores a 3000ºC
– Gran resistencia específica
– Excelente resistencia al
desgaste
– Resistencia al choque
térmico
– Facilidad de maquinado
razonable
• Aplicaciones:
– Componentes de frenos
– Pantallas térmicas
– Toberas de cohetes
Compuestos especiales

84. Conformación de material compuesto
con Matriz polimérica
a.- Preimpregnados

85. Conformación de material compuesto
con Matriz polimérica
b.- Moldeo de láminas

86. Conformación de material compuesto
con Matriz polimérica
c.- Moldeo con bolsa de vacío y con bolsa a presión

87. Conformación de material compuesto
con Matriz polimérica
d.- Devanado de filamento

88. Conformación de material compuesto
con Matriz polimérica
e.- Pultrusión

89. Conformación de material compuesto
con Matriz polimérica
d.- Devanado de filamento

90. Conformación de material compuesto
con Matriz Metálica
a.- Procesamiento en fase líquida
b.- Procesamiento en fase sólida

91. Conformación de material compuesto
con Matriz Metálica
a.- Infiltración por escurrimiento
Fibra prensada en caliente e impregnación de un lodo de matriz
en polvo
b.- Síntesis Química
Un sol, fluido coloidal con fibra se convierte en un gel que es
tratado térmicamente

92. Bibliografía:
-Kalpakjian; MANUFACTURA INGENIERÍA
Y TECNOLOGÍA;2002; Ed. PE; 1176p.
-Groover; FUNDAMENTOS DE
MANUFACTURA MODERNA; 1997; Ed.
Prentice Hall; 1056p
-Quiroz F.; Conformado de plásticos
-Guerrero V; Conformado de materiales
Compuestos