Introducción al rotomoldeo: fabricación de piezas huecas de plástico

El sector de los materiales y productos plásticos se ha apoyado en una gran diversidad de procesos o técnicas que permiten la obtención de artículos con diferentes características y geometrías, en función de los requerimientos finales.

En particular, para las piezas que implican una cavidad con el propósito de cumplir su función, uno de los procesos empleados es la técnica de moldeo rotacional o rotomoldeo.

Tratando de definir preliminarmente el proceso de rotomoldeo, pudiéramos decir que es el método de fabricación en condiciones de alta temperatura y baja presión, para producir partes plásticas huecas de una sola pieza. En cuanto al origen de su principio, que consiste en “la formación de una capa de recubrimiento en el interior de un molde giratorio”, se mencionan evidencias de muchos siglos antes en el sector de la alfarería del arte antiguo de países como Egipto y Grecia.

En Suiza, en el siglo XVll se registra la formación de objetos huecos, como los huevos de chocolate, en tanto que la aplicación del rotomoldeo a materiales plásticos se hizo con plastisoles vinílicos utilizados en la fabricación de juguetes como pelotas y muñecas. Y a partir de los años cincuenta se extendió su aplicación al uso de polietileno, de tal manera que en la actualidad ocupa alrededor del 90 % del plástico empleado en el rotomoldeo.

Asimismo, en la actualidad se cuenta con gran diversidad de aplicaciones del rotomoldeo, como lo podemos apreciar en el siguiente esquema [Ref. Dr. Udai S. Singh. Polymer Science for Mechanical Engineers].

Es importante resaltar algunas características propias del proceso de moldeo rotacional, que lo distinguen de los métodos convencionales de procesamiento de los materiales plásticos, tales como el moldeo por inyección y la extrusión.

Rotomoldeo: materia prima en forma de polvo

El material en forma de polvo o de líquido se alimenta libremente sin flujo forzado ni bajo presión, al interior del molde, a diferencia de las técnicas de extrusión e inyección en las que el material requiere ser alimentado forzado entre el barril y el extrusor y el pistón en el caso de la inyectora, para poder avanzar.

La motivación principal del empleo de una geometría fina o en polvo del plástico la podemos explicar en dos direcciones:

• La primera es facilitar que el flujo del polvo se deposite como una capa uniforme de material sobre la superficie interna del molde, que se refleja al final del ciclo con un mayor control en el peso y en el espesor de pared de la pieza.
• La segunda es permitir un calentamiento rápido del material, que posee una conductividad térmica baja, y así, una vez iniciada la coalescencia entre partículas del polvo de diferente distribución de tamaño, se promueva el flujo del material fundido.

Proceso de baja presión

El no requerir una demanda de esfuerzo para la alimentación del material se refleja en los siguientes beneficios:

• Dados los bajos requerimientos en los esfuerzos generados durante el proceso, las especificaciones tanto de espesor como de diseño en los moldes y herramentales hacen su costo relativamente bajo, ya que no implica aleaciones de metal costosas para su fabricación.
• Como solo la acción rotatoria y la aplicación de calor externo son suficientes para que se forme la capa que recubre el molde y se complemente su transformación en producto terminado, no se requieren esfuerzos adicionales, por lo que no hay generación de esfuerzos residuales que generen una potencial deformación.

Conociendo ya un poco de algunas generalidades de esta técnica, describamos brevemente las principales etapas del proceso:  

Etapas del proceso de rotomoldeo

Llenado del molde

 Partiendo de que la cantidad de material alimentada en el interior del molde es el peso mismo que tendrá la pieza final, no se obtendrá material sobrante o rebabas del mismo.

Una carga excesiva resulta en la formación de paredes gruesas que implican una extensión del ciclo para asegurar una fusión completa mientras que, por el contrario, la alimentación de insuficiente material generará secciones delgadas de pared, con el riesgo de fallas posteriores del producto.

El material es cargado en molde abierto y aún frío, cubierta previamente la superficie interior del molde con un agente desmoldante para favorecer la extracción de la pieza terminada. El molde se cierra y se expone a la fuente de calor (llama directa o dentro de un horno), para recibir el calentamiento.

Calentamiento del molde

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  Figura 2. Calentamiento del molde para rotomoldeo.

  Ya debidamente cargado y preparado el molde, se empieza a hacer girar el molde sobre sus dos ejes perpendiculares y, simultáneamente, se aplica calor buscando que el material inicie su etapa de coalescencia y se adhiera poco a poco a la pared interna para formar así la capa continua.
• Este proceso de coalescencia es la unión de las diversas partículas finas de diferentes tamaños, con las que se cubren espacios generados en la unión, procedimiento distinto al de fusión (inyección o extrusión) en el cual el material pasa a su fase fundida o líquida y luego se resolidifica.  
• El ciclo de calentamiento de la resina, la etapa de mayor duración en el proceso de rotomoldeo, puede tomar de 7 a 15 minutos y llegar en algunos casos hasta 30 minutos.
• Un punto importante es que la duración de esta etapa se relaciona directamente con el espesor de la pieza y, ya que el material plástico posee una limitada capacidad de conductividad térmica, al irse depositando sobre las paredes hace que se comporte como un aislante que disminuye la transferencia de calor hacia el material que no se ha logrado incorporar a las paredes para formar la capa de recubrimiento sobre el molde.

Enfriamiento del molde

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  Figura 3. Enfriamiento del molde de rotomoldeo.

  Cuando todo el material plástico ha tomado la forma interna del molde, el molde giratorio se transfiere a la estación de enfriamiento, que procede a enfriarlo para que solidifique y quede terminado con las características deseadas. Durante esta etapa continúa la rotación para garantizar que se conserve un espesor uniforme dentro del molde y evitar así que se ocasionen hundimientos debido a la gravedad antes de que se alcance la solidificación total.
• Es posible usar agua fría dispersada en gotas sobre la superficie del molde para lograr un enfriamiento rápido.
• Una corriente de aire con vapor de agua condensado (con menor rapidez de enfriamiento).
• Aire frío (consiguiendo un enfriamiento lento). 

Desmolde o extracción de la pieza terminada

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  Figura 4. Extracción de la pieza rotomoldeada.

  Ya que se logró el enfriamiento pertinente del molde, este es trasladado a la estación de descarga, donde se suspende la rotación.
• El molde se abre y la pieza moldeada terminada se retira solo después de que se haya enfriado lo suficiente como para conservar su forma. La extracción normalmente es fácil, ya que la moldura se separa de la pared del molde durante el enfriamiento.

En el presente escrito intentamos realizar una breve introducción al proceso de moldeo rotacional y tratamos de compartirles a nuestros lectores algunos detalles para tener en cuenta durante la operación del mismo, enfatizando en la interrelación entre las propiedades de la resina y las características del proceso. Tendremos una segunda parte donde revisaremos parámetros importantes de proceso que faciliten la obtención de productos de mayor calidad.