TECNOLOGÍA DE POLÍMEROS. PROCESADO Y PROPIEDADES

PRÓLOGO 15
CAPÍTULO I. ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS POLÍMEROS 17
1. Polímeros de adición y de condensación 17
2. Estructura de los polímeros 19
2.1. Estructura química . 20
2.1.1. Tipo de átomos en la cadena principal y sustituyentes . 20
2.1.2. Uniones entre monómeros . 22
2.1.3. Peso molecular y su distribución . 23
2.1.4. Copolímeros . 25
2.1.5. Ramificaciones y entrecruzamiento . 26
2.1.6. Configuración 27
2.2. Estructura física 29
2.2.1. Estado amorfo y estado cristalino . 29
2.2.2. Temperatura de transición vítrea y temperatura de fusión . 29
2.2.3. Relación entre cristalinidad y comportamiento durante el procesado 32
3. Propiedades comunes de los polímeros 33
4. Comportamiento viscoelástico . 35
5. Comportamiento reológico de polímeros fundidos y en disolución . 36
5.1. Viscosidad en cizalla 36
5.2. Viscosidad extensional . 37
5.3. Fluidos Newtonianos y no Newtonianos 38
5.3.1. Variación de la viscosidad con la velocidad de deformación . 38
5.3.2. Variación de la viscosidad con el tiempo de aplicación de la cizalla 39
5.3.3. Variación de la viscosidad con la temperatura 40
5.3.4. Variación de la viscosidad con la presión . 42
5.4. Curvas de flujo en polímeros 42
5.5. Relación entre estructura y comportamiento del !ujo . 45
5.5.1. Efecto del peso molecular . 45
5.5.2. Efecto de la distribución de pesos moleculares . 46
6. Propiedades mecánicas 47
6.1. Ensayos de tracción . 50
6.2. Ensayos de flexión 53
6.3. Ensayos de compresión 53
6.4. Ensayos de impacto . 54
6.4.1. Ensayos tipo péndulo 54
6.4.2. Ensayos tipo dardo 55
6.4.3. Ensayos de impacto con equipos instrumentados . 57
6.5. Ensayos de fluencia 57
6.6. Ensayos de relajación de esfuerzos . 59
Bibliografía recomendada . 60
CAPÍTULO II. TIPOS DE PLÁSTICOS, ADITIVACIÓN Y MEZCLADO 61
1. Tipos de plásticos . 61
1.1. Termoplásticos . 61
1.2. Plásticos de altas prestaciones (o plásticos ingenieriles) 62
1.3. Termoestables 63
1.4. Elastómeros 64
1.5. Composites . 64
1.6. Plásticos espumados 65
1.7. Cristales líquidos . 65
2. Tipos de aditivos . 66
2.1. Plastificantes 66
2.1.1. Teorías de la plastificación . 67
2.1.2. Modelo de Moorshead . 69
2.2. Estabilizantes . 71
2.2.1. Antioxidantes . 71
2.2.2. Estabilizantes ultravioleta 72
2.2.3. Estabilizantes térmicos 72
2.3. Lubricantes 73
2.3.1. Lubricantes externos 74
2.3.2. Lubricantes internos 75
2.4. Cargas 75
2.5. Retardantes de llama . 76
2.6. Agentes espumantes . 77
2.7. Modificadores de impacto 78
2.8. Pigmentos y colorantes 79
3. Mecanismos de mezclado . 79
4. Formulaciones básicas 81
Bibliografía recomendada 83
CAPÍTULO III. BASES DEL PROCESADO DE POLÍMEROS 85
1. Principales técnicas de transformación de plásticos 85
1.1. Extrusión 85
1.2. Inyección 86
1.3. Moldeo por soplado . 88
1.4. Moldeo rotacional 89
1.5. Moldeo por compresión . 90
1.6. Termoconformado 91
2. Operaciones unitarias en el procesado de polímeros . 93
2.1. Manejo de sólidos 93
2.2. Calentamiento y fusión de polímeros . 94
2.3. Flujo a través de canales . 95
2.4. Solidificación o endurecimiento . 96
2.4.1. Solidificación química o física . 96
2.4.2. Enfriamiento de termoplásticos . 97
Bibliografía recomendada 97
CAPÍTULO IV. EXTRUSIÓN 99
1. Introducción 99
2. Componentes de la extrusora 103
2.1. Tornillo de extrusión 103
2.2. Cilindro 103
2.3. Garganta de alimentación . 104
2.4. Tolva . 105
2.5. Plato rompedor y filtros . 106
2.6. Cabezal y boquilla . 107
3. Especificaciones de la máquina 109
4. Descripción del funcionamiento de una extrusora . 110
4.1. Transporte de sólidos (zona de alimentación) . 110
4.1.1. Transporte de sólidos en la tolva . 110
4.1.2. Transporte de sólidos en el cilindro . 112
4.2. Fusión (zona de transición) . 115
4.3. Transporte del fundido (zona de dosificado) . 119
4.4. Mezclado 124
4.4.1. Mezclador de agujas 125
4.4.2. Mezclador de anillo . 125
4.4.3. Mezclador con vuelos desiguales 126
4.4.4. Mezcladores con vuelos secundarios . 126
4.5. Desgasificado . 127
4.6. Conformado . 127
4.6.1. Tensionado . 128
4.6.2. Relajación 128
4.6.3. Enfriamiento 129
5. Modelado de la zona de dosificación . 129
5.1. Obtención de las ecuaciones 129
5.5.1. Ecuaciones de velocidad 129
5.5.2. Cálculo del caudal . 132
5.2. Influencia de variables . 135
5.2.1. Efecto de las dimensiones del tornillo . 135
5.2.2. Efecto de la viscosidad del polímero . 136
5.2.3. Efecto de las condiciones de operación . 136
5.2.4. Efecto de la restricción de la boquilla . 137
6. Líneas de extrusión 140
6.1. Líneas de extrusión de tubos, tuberías y perfiles . 141
6.2. Líneas de mezclado 143
6.3. Líneas de películas y láminas 144
6.3.1. Proceso con pila de rodillos . 144
6.3.2. Proceso con sistema de rodillos fríos . 145
6.3.3. Líneas de películas sopladas 145
6.3.4. Coextrusión 147
6.3.5. Recubrimientos . 148
6.4. Líneas para la producción de fibras y filamentos 149
Bibliografía recomendada 150
CAPÍTULO V. INYECCIÓN . 151
1. Desarrollo y estado actual del moldeo por inyección.
Evolución de las máquinas de inyección 151
1.1. Máquinas de pistón 152
1.2. Máquinas de pistón de preplastificación . 155
1.3. Máquinas de husillo . 157
1.4. El ciclo de inyección 160
2. Máquinas de inyección . 162
2.1. Características básicas de las máquinas . 162
2.1.1. Capacidad de inyección . 162
2.1.2. Capacidad de plastificación . 163
2.1.3. Presión de inyección 163
2.1.4. Velocidad de inyección 164
2.1.5. Fuerza de cierre . 164
2.2. Variables que intervienen en el proceso 165
2.2.1. Temperatura de inyección 165
2.2.2. Temperatura del molde 165
2.2.3. Presión inicial o de llenado 165
2.2.4. Presión de mantenimiento o compactación (holding pressure) 166
2.2.5. Presión posterior o de retroceso (back pressure) . 166
2.2.6. Tiempo de llenado o de inyección inicial 166
2.2.7. Tiempo de mantenimiento o de compactación 166
2.2.8. Tiempo de enfriamiento . 167
2.3. Componentes de la máquina de inyección . 167
2.3.1. Unidad de inyección 168
2.3.2. Unidad de cierre . 171
3. Moldes de inyección . 175
4. Fundamentos del moldeo por inyección . 179
4.1. Control de la temperatura en la cámara de calefacción . 179
4.2. Comportamiento del material dentro del molde 180
4.2.1. Análisis de la etapa de llenado de la cavidad . 182
4.2.2. Análisis de la etapa de compactación 185
4.2.3. Análisis de la etapa de enfriamiento 189
4.3. Análisis del proceso a partir de curvas PVT . 190
5. Defectos comunes en piezas inyectadas . 192
6. Técnicas de inyección . 195
6.1. Inyección de múltiples materiales 195
6.2. Inyección de termoestables 196
6.3. Inyección asistida por gas . 197
Bibliografía recomendada 201
CAPÍTULO VI. MOLDEO POR COMPRESIÓN 203
1. Introducción 203
1.1. Descripción de la técnica de moldeo por compresión . 204
1.2. Moldeo por compresión frente a moldeo por inyección 206
1.3. Descripción de la técnica de moldeo por transferencia 207
2. Características de los materiales para moldeo por compresión 209
2.1. Gelificación y vitrificación de termoestables . 209
2.2. Factor de compresión . 210
2.3. Propiedades de flujo y tiempo de curado . 210
2.4. Influencia de la temperatura y la presión 212
3. Equipos para moldeo por compresión . 213
3.1. Preformas . 213
3.2. Precalefacción del material . 215
3.3. Moldeo por compresión totalmente automático 215
Bibliografía recomendada 216
CAPÍTULO VII. MOLDEO ROTACIONAL 217
1. Introducción 217
2. Máquinas y moldes 221
2.1. Máquinas . 221
2.2. Moldes 224
3. Etapas 227
3.1. Etapa de inducción 228
3.2. Etapa de sinterización . 229
3.3. Etapa de densificación . 231
3.4. Etapas de enfriamiento inicial, cristalización y enfriamiento final . 233
4. Caracteristicas de los materiales para rotomoldeo . 236
4.1. Forma, tamaño y distribución de tamaños de partícula de la resina 236
4.2. Peso molecular y distribución de pesos moleculares . 238
4.3. Cristalinidad 238
5. Moldeo rotacional de materiales líquidos . 238
6. Innovaciones en moldeo rotacional . 241
6.1. Métodos alternativos de calefacción . 242
6.2. Presurización de moldes 242
Bibliografía recomendada 244
CAPÍTULO VIII. SOPLADO DE TERMOPLÁSTICOS . 245
1. Introducción 245
1.1. Técnicas de soplado . 247
2. Proceso de extrusión-soplado 247
2.1. Obtención del precursor 247
2.2. Perno de soplado . 250
2.3. Molde de soplado . 251
2.4. Tipos de extrusión-soplado 251
2.4.1. Extrusión continua-soplado . 251
2.4.2. Extrusión intermitente . 254
3. Proceso de inyección-soplado . 256
4. Moldeo por tensionado-soplado (STRETCH BLOW MOLDING) . 258
Bibliografía recomendada 261
CAPÍTULO IX. TERMOCONFORMADO 263
1. Introducción 263
2. Principales características del proceso . 264
2.1. Principales ventajas y desventajas respecto a otras técnicas de transformación . 264
2.2. Tensionado del material y orientación 265
3. Tipos de termoconformado 266
3.1. Termoconformado simple . 266
3.1.1. Termoconformado por revestimiento . 266
3.1.2. Termoconformado a vacío . 268
3.1.3. Termoconformado libre . 268
3.2. Termoconformado asistido . 268
3.2.1. Calentamiento no uniforme . 269
3.2.2. Termoconformado neumático 269
3.2.3. Termoconformado asistido por pistón . 270
3.3. Termoconformado a presión 270
3.4. Termoconformado de dos láminas . 273
Bibliografía recomendada 273

En este texto se trata con detalle la transformación de polímeros mediante extrusión, inyección, moldeo rotacional, compresión, soplado y termoconformado. Se incluyen además una serie de temas de introducción sobre propiedades, familias de plásticos, aditivos y formulaciones, y bases del procesado desde los puntos de vista del flujo de los polímeros y transmisión de calor.

Autores
Maribel Beltrán Rico es profesora titular del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Alicante y Antonio Marcilla Gomis es catedrático del mismo Departamento. Ambos forman parte del Grupo de Procesado y Pirólisis de Polímeros de la Universidad de Alicante, que desde 1992 ha realizado numerosos proyectos públicos y privados con industrias del sector de transformación de plásticos.