Moldeo por inyección de acetal o Moldeo por inyección de POM piezas fabricadas con polioximetileno (POM), un material termoplástico altamente procesado. El POM puede adoptar la forma de acetal homopolímero o copolímero. El acetal homopolímero presenta una gran resistencia debido a su estructura cristalina. Sin embargo, puede resultar problemático debido a su punto de fusión altamente específico. El acetal copolímero es más fácil de moldear debido a su mayor ventana de procesamiento. Es menos resistente mecánicamente que el material anterior, ya que su estructura cristalina está menos ordenada.
Algunos proveedores de renombre ofrecen acetales copoliméricos. Mientras que DuPont, un proveedor de materiales muy reputado, sólo ofrece Delrin®, un homopolímero con propiedades mejoradas. Los grados de Delrin® se clasifican según su fuerza, rigidez, viscosidad y resistencia. Es compatible tanto con el moldeo por inyección como con el mecanizado CNC. Los productos/piezas de molde de acetal se utilizan de forma vital en los sectores de la automoción, la medicina y la manipulación de fluidos.
Este artículo se centra principalmente en el moldeo por inyección de plástico acetal, las propiedades del POM, sus ventajas y las directrices de diseño para fabricar piezas con POM. Además, proporcionaremos una Guía de diseño de moldeo por inyección, ciertas sugerencias y recomendaciones para obtener resultados óptimos en su proyecto de moldeo por inyección de acetal.
¿Qué es el acetal?
El acetal, también conocido como polioximetileno (POM), es un termoplástico resistente y de alto rendimiento. Es un material semicristalino, utilizado habitualmente para aplicaciones de ingeniería. Los polímeros de acetal se forman por la unión de largas cadenas de fórmula molecular CH2O. También se incorporan algunos monómeros copolímeros para proporcionar funcionalidad adicional. Según su estructura, el acetal puede ser un homopolímero o un copolímero.
El acetal homopolímero más conocido es DuPont™ Delrin®. Los plásticos acetálicos tienen una gran resistencia y rigidez, lo que los hace ideales para aplicaciones que requieren gran resistencia pero poca flexión. Estos plásticos también poseen baja fricción y altos índices de desgaste. La baja absorción de agua hace que el acetal posea una excelente resistencia a los cambios dimensionales. Por estas razones, el acetal se utiliza en lugar de los metales para muchos usos.
Acetal/POM Propiedades del material
Tabla: Propiedades de las distintas calidades de acetal
| Propiedad | Delrin® 100 BK602 | Duracon® M90-44 | Celcon® M90 | Kepital® F20-03 | Hostaform® C9021 |
| Físico | |||||
| Densidad (g/cm³) | 1.42 | 1.41 | 1.41 | 1.41 | 1.41 |
| Índice de contracción (%) | 1.9-2.2 | 2.1-2.3 | 1.9-2.2 | 2.0 | 1.8-2.0 |
| Dureza Rockwell | 120 R | 80 M | NA | NA | NA |
| Mecánica | |||||
| Resistencia a la tracción (MPa) | 72 | 62 | 66 | 65 | 64 |
| Alargamiento al límite elástico (%) | 23 | 35 | 10 | 10 | 9 |
| Módulo de flexión (GPa) | 2.9 | 2.5 | 2.55 | 2.55 | NA |
| Resistencia a la flexión (MPa) | NA | 87 | NA | 87 | NA |
| Moldeo por inyección | |||||
| Temperatura de secado (°C) | 80-100 | NA | 80-100 | 80-100 | 120-140 |
| Tiempo de secado (horas) | 2-4 | NA | 3 | 3-4 | 3-4 |
| Temperatura de fusión (°C) | 215 | 200 | 205 | 180-210 | 190-210 |
| Temperatura del molde (°C) | 80-100 | 80 | 90 | 60-80 | 85 |
La tabla anterior presenta los nombres comerciales de POM mencionados anteriormente junto con sus propiedades. El homopolímero Delrin® 100 tiene la mayor resistencia a la tracción debido a un mayor grado de cristalinidad en el polímero. El POM se caracteriza por una muy buena resistencia a la tracción y a la flexión, pero por una elevada tasa de contracción. Dependiendo de los requisitos de la aplicación, algunos grados de POM pueden contener cargas para mejorar la resistencia, la corrosión o la resistencia a los rayos UV.
Ventajas del moldeo por inyección de POM
El acetal tiene un alto rendimiento con características de ingeniería deseables. El material ofrece altas resistencias a la fatiga y a la fluencia cuando se somete a tensión. Su alta resistencia mecánica lo hace óptimo para diferentes sectores que exigen precisión, como el aeroespacial y el de automoción. La baja fricción ayuda a que el POM tenga un nivel de desgaste muy pequeño durante un largo periodo. Además, el acetal no se oxida ni corroe y puede trabajar a altas temperaturas.
Resistencia a la fatiga
Las piezas moldeadas por inyección de acetal tienen buenas características de rendimiento cuando se someten a ciclos de tensión repetitivos. Es más apropiado en situaciones en las que la carga soportada es constante, como los engranajes. Así, el homopolímero POM ofrece mejor resistencia a la fatiga que los copolímeros. Estas características peculiares hacen posible una fiabilidad a largo plazo en condiciones de gran tensión. La resistencia a la fatiga hace que el POM sea adecuado para su uso en aplicaciones en las que se desean piezas mecánicas.
Resistencia a la fluencia
La pieza moldeada de POM presenta estabilidad dimensional cuando se somete a cargas mecánicas a largo plazo. Tiene una tendencia muy baja a sufrir deformaciones permanentes, incluso cuando se somete a una tensión constante. Esta característica hace que el POM sea adecuado para su uso en aplicaciones de soporte de carga. La ausencia de fluencia del material también lo hace ideal para aplicaciones estructurales. Se trata de un área muy fiable del rendimiento bajo presión del POM.
Alta resistencia
Las piezas moldeadas por inyección de POM ofrecen las mejores características de tracción y flexión. El material proporciona la rigidez necesaria en piezas mecánicas de alto rendimiento. Las versiones homopoliméricas del POM muestran una resistencia aún mayor en comparación con los copolímeros. Algunos usos comunes incluyen transportadores y componentes relacionados con la seguridad. Las características mecánicas del POM son bastante versátiles para permitir diversas aplicaciones.
Baja fricción
La baja fricción del POM reduce el desgaste de los elementos deslizantes. El material es idóneo para su uso en zonas con poca variación de movimiento. Requiere un mantenimiento mínimo debido a su tendencia natural a reducir la fricción: Esta capacidad del POM para resistir la abrasión hace que la vida útil de las piezas moldeadas sea bastante larga. Por lo tanto, a menudo se aplica en lugares donde la baja fricción es una necesidad.
Seguridad alimentaria
El avanzado material de grado alimentario POM cumple las normas de seguridad aplicables a los productos en contacto con alimentos. El POM también puede ser utilizado por fabricantes de maquinaria y equipos de procesamiento de alimentos. Cumple la FDA, la USDA y todos los requisitos legales y reglamentarios de estricta seguridad. Debido a su no toxicidad, el POM es muy adecuado para emplearlo en estos sectores. La pieza de moldeo por inyección de acetal se utiliza ampliamente en equipos de procesamiento de alimentos por su fiabilidad y fiabilidad.
Estabilidad dimensional
Los productos moldeados por inyección de acetal tienen dimensiones exactas una vez que se han enfriado tras el proceso de moldeo. Durante el moldeo, su índice de contracción es relativamente alto, pero después se mantiene casi uniforme. La estabilidad dimensional es importante en sectores como la automoción y la electrónica. Las piezas moldeadas por inyección de POM permanecen dimensionalmente estables durante la aplicación mecánica y la presión. Esta característica es un requisito previo para los componentes de precisión.
Resistencia a la corrosión
El POM es relativamente inmune a la mayoría de los agentes químicos, como combustibles y disolventes. Se utiliza mejor en lugares que puedan entrar en contacto con productos químicos. Por ejemplo, tanques cilíndricos de almacenamiento. Sin embargo, el material se ve afectado por ácidos y bases fuertes. El POM resiste bien los ataques químicos y, por tanto, es el material adecuado para su uso en la gestión de fluidos. También tiene una resistencia química buena y estable, así como una larga vida útil en condiciones duras.
Resistencia al calor
El POM es capaz de soportar el uso en zonas con altas temperaturas, de hasta 105°C. Los grados homopolímeros soportan ráfagas de calor más altas que los copolímeros. Esta propiedad es crucial para aquellos componentes que están expuestos a condiciones de temperatura variables. Esta característica hace que el POM sea adecuado para su uso en industrias por su tolerancia a las altas temperaturas. La correcta elección de los materiales utilizados se traduce en la capacidad de soportar climas térmicos. Para plástico de alta temperatura pgae para conocer más materiales de alta temperatura.
Consideraciones clave en el diseño del moldeo por inyección de POM
Moldeo por inyección de acetal prefiere el uso de moldes de acero inoxidable. El material utilizado tiene un efecto corrosivo. Por tanto, los moldes utilizados deben ser fuertes y resistentes. La alta contracción exige un diseño de molde afilado para conseguir piezas precisas. El POM se aplica ampliamente en piezas de automoción, industriales y médicas. Por lo tanto, el moldeo debe hacerse de la manera correcta y, en este caso, va a garantizar que el grado de precisión y calidad de salida va a ser alta. Es importante tener en cuenta algunas características a la hora de diseñar para el moldeo por inyección de POM.
El grosor de la pared debe oscilar entre 0,030 y 0,125 pulgadas. Manteniendo la variación de espesor al mínimo, es posible conseguir un espesor uniforme de la pieza. La gestión de las tolerancias es crucial porque el índice de contracción de la empresa es elevado, lo que resulta evidente en el caso del POM. Los radios deben reducirse al mínimo, sobre todo en las regiones que experimentan la máxima tensión. Los ángulos de desmoldeo de 0,5 a 1 grado son ideales porque su expulsión es suave.
Espesor de la pared
El grosor de la pared influye directamente en la calidad de las piezas de POM moldeadas por inyección. Las secciones más gruesas también pueden hacer que la pieza se deforme o se encoja de un modo u otro y esto puede no ser deseable. De esta forma se mejora la estructura general y se mantiene un grosor constante. Sin embargo, las paredes extremadamente finas, aunque difíciles, deben estar dentro de ciertos límites. El grosor de las paredes desempeña un papel vital en las aplicaciones estructurales y, si se hace bien, ayuda a soportar con fiabilidad altas presiones.
Tolerancias
El POM presenta una elevada contracción que puede convertirse en un reto cuando se trabaja con piezas de moldeo de POM que tienen que estar dentro de una tolerancia ajustada. En particular, las paredes más gruesas aumentan la probabilidad de desviación de la tolerancia. Diseñar para garantizar medidas iguales no es una mala idea, ya que esto asegurará que las dimensiones sean consistentes. Siempre hay una forma de moldear correctamente y esto garantizaría que las tolerancias estén dentro de los límites aceptables. Los problemas debidos a cambios dimensionales se gestionan bien mediante la planificación y el control.
Radios
Los radios en los diseños de piezas ayudan a minimizar la concentración de tensiones en el uso de la pieza. Las esquinas afiladas son siempre un problema porque son los puntos que pueden hacer que una estructura sea menos duradera. Al incluir radios, se minimizan estas zonas de alta tensión, lo que aumenta la vida útil de la pieza. Los radios deben ser iguales o superiores a 0,25 veces el grosor nominal de la pared del tubo. Los radios más pequeños reducen la tensión; sin embargo, los radios más grandes, de hasta 75%, ofrecen una mejor distribución de la tensión.
Ángulo de inclinación
Es posible conseguir una alta expulsión de piezas de POM con ángulos de desmoldeo mínimos. El POM tiene una baja fricción, también tiene la posibilidad de tener ángulos de calado de 0,5 grados. Es concebible que para piezas como engranajes, los calados cero no sean esenciales para satisfacer las especificaciones de diseño. Los calados ayudan a evitar la dificultad de la separación de las piezas de los moldes con un daño mínimo o nulo. Un buen diseño de los calados permite una producción eficaz y una mejor calidad de la pieza que se va a fabricar.
Retos del procesamiento de materiales POM
¿Qué dificulta el procesamiento del POM? Bueno, ciertos factores determinantes deciden su funcionamiento óptimo. Como el POM tiene una tolerancia leve o baja a las condiciones térmicas elevadas. Los operadores de moldes tienen en cuenta varios factores durante el moldeo por inyección. Tales factores son el control del calor, el nivel de humedad, los parámetros de moldeo y la contracción. Estos elementos son importantes para lograr una producción satisfactoria de piezas de moldeo por inyección de POM de alta calidad.
Calor
Uno de los aspectos más críticos que hay que controlar en el moldeo por inyección de POM es el calor. Cuando se calienta a una temperatura superior a 210°C, el material sufre una degradación térmica. Esta degradación da lugar a la formación de subproductos que son corrosivos y acaban afectando al molde de inyección. La temperatura del molde debe situarse entre 60-100°C para obtener los mejores resultados. Además, los ciclos de calentamiento cortos también son beneficiosos porque no estresan demasiado el material. El aumento de la temperatura debe ir acompañado de una disminución del tiempo de permanencia para lograr la calidad.
Humedad
La absorción de humedad del POM es bastante baja y se sitúa entre 0,2 y 0,5%. No obstante, se aconseja secar la resina POM antes de procesarla para obtener los mejores resultados. El tiempo de secado suele ser de entre 3 y 4 horas, dependiendo del grado de POM. Esto es importante para que los niveles de humedad sean bajos durante el moldeo y así disminuir la aparición de defectos. Una preparación cuidadosa evita problemas relacionados con la humedad durante las inyecciones.
Parámetros de moldeo
Para el moldeo por inyección de POM deben mantenerse los parámetros de moldeo adecuados. La presión de inyección adecuada identificada se sitúa entre 70 y 120 MPa para garantizar una buena repetibilidad del experimento. También es deseable una velocidad de inyección de media a alta para conseguir una producción suave de la pieza. El control de las piezas moldeadas requiere un control adecuado de los parámetros para garantizar que las piezas moldeadas cumplen unas especificaciones concretas. Siguiendo de cerca estos parámetros es posible mejorar la calidad del producto final.
Contracción
El encogimiento es un problema habitual con los materiales POM, incluido Delrin®. Las tasas de contracción suelen oscilar entre el 2% y el 3,5% en la fase de enfriamiento del ciclo. La mayor parte de la contracción se produce cuando la pieza aún está en el molde, y el resto durante la fase posterior a la expulsión. El POM homopolímero no reforzado presenta una mayor contracción que los materiales copolímeros. Estas tasas de contracción deben tenerse en cuenta en el diseño del molde para alcanzar las dimensiones deseadas.
Desventajas del moldeo por inyección de acetal
Aunque el moldeo de acetal ofrece varias ventajas. También tiene sus limitaciones e inconvenientes. Además, los moldes de acetal presentan muchas dificultades. Estas limitaciones deben tenerse muy en cuenta durante el proceso de moldeo para que las empresas consigan productos finales de buena calidad.
Poca resistencia a la intemperie
El acetal es muy vulnerable a la degradación. Normalmente, en situaciones en las que se expone a la luz ultravioleta o UV. Esto es así porque una exposición constante a ellos puede provocar importantes cambios de color y, a la larga, afectar a su rendimiento. Los rayos UV deterioran el valor estético y debilitan físicamente el material. Además, la radiación UV desgasta la estructura de los polímeros. De ahí que sea necesario utilizar estabilizadores para mejorar la resistencia del acetal a la intemperie. Es posible que estos estabilizadores no impidan totalmente la degradación durante largos periodos a la intemperie, lo que dificulta el uso del acetal en exteriores.
Fragilidad
En estado sólido, el acetal es muy resistente y posee una gran rigidez, pero sufre fallos por fragilidad en circunstancias especiales. Temperatura La baja temperatura afecta a las características del material del acetal y lo hace propenso a agrietarse o fracturarse cuando experimenta un impacto. Sin embargo, esta fragilidad es un inconveniente en cualquier aplicación en la que se desee una alta resistencia al impacto, sobre todo a bajas temperaturas. El diseño de productos moldeados a partir de acetal para que puedan soportar impactos sin fracturarse plantea importantes retos.
En cuanto a los efectos del proceso de moldeo del acetal sobre las propiedades mecánicas de las piezas, hay que tener en cuenta algunas consideraciones.
Diseño de moldes de inyección de acetal
Cuando se diseña una aplicación con material acetal es importante acertar con el molde porque determina la calidad y estabilidad del producto final. A continuación se indican algunas directrices clave de diseño que deben seguirse:
- Diámetro de la corredera: Se sugiere que el diámetro del canal esté entre 3 y 6 mm para facilitar el flujo del material durante la inyección.
- Longitud de la puerta: Lo ideal es que la longitud de la compuerta sea de unos 0,5 mm para regular adecuadamente el paso del material. Mejora la uniformidad del molde para que no se formen defectos al llenar el molde con el material.
- Puerta redonda Diámetro: Debe ser entre la mitad y seis veces el grosor de la pieza que se va a moldear. Dimensionando las compuertas adecuadamente se eliminan casos como disparos cortos y líneas de soldadura.
- Ancho de puerta rectangular: Por diseño, la anchura de las compuertas rectangulares debe medir al menos dos veces el grosor del producto. Lo ideal es que sea aproximadamente 0,6 veces el grosor de la pared en lo que respecta al refuerzo estructural del recipiente.
- Ángulo de tiro: Se propone un ángulo de moldeo de 40 a 1 30 para una extracción directa de la pieza moldeada sin abrasión de la superficie.
Material acetal presecado
Aunque tenga un alto valor de absorción de humedad, se sugiere presecar la pieza de acetal antes del moldeo por inyección de la resina. El presecado también reduce la presencia de algún tipo de humedad destructiva como la formación de huecos o burbujas. El proceso de secado debe realizarse a una temperatura de 80-100°C y debe durar entre 2 y 4 horas. El secado correcto es tan importante ya que ayuda a conservar diversas características de los materiales además de facilitar el moldeo sin boquillas.
Control de temperatura de moldeo de acetal
Cuando se trata del moldeo por inyección de acetal, es muy importante mantener tanto la humedad como la temperatura de fusión para obtener mejores resultados. La temperatura del molde debe mantenerse entre 75 y 120 grados centígrados y la temperatura de fusión entre 190 y 230 grados centígrados (374 y 446 Fahrenheit respectivamente). Parámetros como la regulación precisa de la temperatura también controlan problemas como la contracción por distorsión o incluso un mal acabado superficial. Una regulación precisa de las condiciones térmicas ayuda a enfriar uniformemente y, por tanto, a minimizar las tensiones al mejorar las características dimensionales del producto final.
Presión de inyección
Cada material requiere una presión de inyección específica que debe alcanzarse para proporcionar la calidad específica de la pieza. El intervalo de presiones oscila entre 40 y 130 MPa, en función del caudal de fusión del acetal y del grosor y el tamaño de la compuerta del canal y de la pieza. Cuando la presión es baja, el molde puede llenarse de forma inadecuada, y si la presión es alta, es probable que se produzcan rebabas u otros defectos. La presión óptima es importante para la formación de piezas adecuadas y la exclusión de defectos.
Velocidad de moldeo por inyección
La velocidad de inyección también es otro factor que influye enormemente en el proceso de moldeo del acetal. Dependiendo de la formación del charco, la velocidad de inyección del molde varía de moderada a rápida para evitar la creación de defectos a medida que se llena el molde. En caso de velocidad lenta, se observan marcas de flujo o imperfecciones en la superficie. Por otro lado, una velocidad alta puede provocar lo que se denomina jetting o sobrecalentamiento por cizallamiento, lo que es malo para la resistencia y el acabado superficial de la mayoría de las piezas. Mediante la modificación de la velocidad de inyección, se pueden eliminar los defectos de moldeo, así como mejorar la productividad del moldeo.
Estas consideraciones permiten a los fabricantes mejorar la eficacia de sus piezas moldeadas por inyección de acetal controlando los parámetros y los problemas que se producen. Para aprovechar al máximo los atributos positivos del acetal y evitar al mismo tiempo sus inconvenientes, deben ajustarse con precisión determinados aspectos del diseño del molde, la manipulación del material y el proceso.
Conclusión
Acetal o polioximetileno es un tipo de termoplástico semicristalino moldeado por inyección. Este material se utiliza habitualmente en piezas mecánicas como casquillos, cojinetes, engranajes y ruedas dentadas.
En comparación con los metales y otros plásticos, el acetal tiene un bajo coeficiente de fricción y una gran rigidez. Estas características mejoran enormemente sus propiedades de desgaste, por lo que los productos resultantes son duraderos.
En conjunto, estas características hacen del acetal un material de elección para muchas aplicaciones de ingeniería. Su procesamiento y diseño adecuados mejoran su eficacia y durabilidad en diferentes industrias.
La introducción del acetal en los procesos de producción puede redundar en una mayor eficacia y una menor frecuencia de mantenimiento de los equipos mecánicos.