Parámetros para mejorar la eficiencia en rotomoldeo: control de temperatura

Quisiera empezar por agradecer a los lectores que manifestaron interés y agradecimiento por nuestro artículo compartido en la entrega anterior sobre el tema de rotomoldeo. Así, tratando de corresponder a su petición de ahondar un poco más en el tema, en este número abordaremos algunos aspectos que, a nuestro juicio, pueden resultar de interés para los procesadores de dicho proceso.

En ese sentido, acudimos a la sapiencia de los dichos populares, como es costumbre en esta columna: “La ocasión hay que crearla, no hay que esperar a que llegue”, y “No solo encuentres la falla, encuentra también el remedio o la solución”.

De esta manera, es pertinente profundizar y conocer más en detalle las entrañas de nuestro método de procesamiento de interés, en este caso el moldeo rotacional, y así estar capacitados para encontrar no solo la falla, sino darle solución pronta y efectiva.

Control de temperatura en moldeo rotacional: clave para la calidad del producto

Así pues, el rotomoldeo es un proceso caracterizado por las etapas de calentamiento y enfriamiento del material en el molde. Ambas etapas se llevan a cabo a través de la superficie de contacto con el molde, lo cual ocasiona ciertas inestabilidades de proceso como la generación de velocidades de calentamiento y enfriamiento no uniformes, y con ello, variaciones de temperatura a lo largo del espesor de la pieza.

Pero no solo eso, ya que otros parámetros de proceso, como los tiempos de residencia y la temperatura dentro de horno, el peso de la pieza, la geometría y la conductividad del material del molde, tienen a su vez un efecto directo, de gran impacto y de carácter cíclico sobre las velocidades de calentamiento y enfriamiento, y como consecuencia de todo esto, observamos un efecto en la morfología del producto moldeado.  [M. J. Oliveira]

Habremos de considerar que la temperatura del aire en el interior del molde varía durante el ciclo de moldeo, lo que muestra un patrón con las diferentes fases de transformación que experimenta un material de polietileno, como se puede apreciar en la figura 1.

A pesar de que esta temperatura (muy próxima a la del plástico en la superficie interior) resulta inferior a la de la superficie exterior, es más probable que se produzca la degradación en la superficie interior. Por tanto, la temperatura máxima del aire interior (PIAT), que se controla fácilmente durante el procesamiento, y las velocidades medias de calentamiento y de enfriamiento pueden considerarse los parámetros más representativos del proceso para correlacionar la morfología con las propiedades.

Así pues, al correlacionar las temperaturas del moldeo con el comportamiento de la morfología del material, se ha encontrado la temperatura máxima del aire interior (PIAT) como la temperatura más representativa en el proceso de moldeo rotacional. De esta manera, cuando el calentamiento del material es insuficiente  —indicado por valores demasiado bajos del PIAT—, los moldes retienen huecos en el material fundido, que se originan por el atrapamiento de aire que no pudo difundirse fuera del plástico fundido antes de que el material solidificara.

Teniendo de antecedente el desarrollo de estas condiciones de proceso durante el proceso, trataremos de puntualizar de manera breve solo dos de los siguientes parámetros claves para tener en cuenta.

Importancia del venteo durante el moldeo rotacional

El venteo o ventilación es un aspecto importante del proceso de moldeo rotacional, ya que permite liberar el aire atrapado en la cavidad del molde y asegura que la pieza terminada tenga un espesor de pared uniforme y una deformación mínima. Los puntos de venteo, generalmente, se ubican en la parte superior e inferior de la cavidad del molde y están diseñados para permitir que escape el aire, con el fin de evitar que el plástico salga. El tamaño y la ubicación de los venteos facilitan la obtención de un producto terminado de alta calidad.

Como los problemas de venteo son algunas de las principales causas de rechazos por productos defectuosos, la ventilación reviste gran importancia. Al calentarse el molde, el aire del interior se expande y crea una presión sin una ruta de escape, por lo que puede fugarse el aire hacia el exterior y causar agujeros en las líneas de partición.

La presión también puede ocasionar daños en el molde, ya que como este se enfría, el aire del interior se contrae y crea un vacío. Si no hay forma de aliviar este vacío, la pieza podría ceder o dar lugar a la formación interior de agujeros en las líneas de partición, por lo que se deben ventilar adecuadamente los moldes.

El tamaño del tubo de venteo varía de acuerdo con el volumen del molde, el espesor de la pared de la pieza, la velocidad de calentamiento y la temperatura interna máxima. Con base en la experiencia práctica se sugiere, para establecer el diámetro interno del venteo, 1 pulgada de diámetro por cada pie cúbico de volumen en el molde; por ello, siempre será mejor un exceso de ventilación.

Otro punto importante para considerar es la ubicación de los tubos de venteo, que deben ser ubicados en un área de fácil acceso, lejos de la pared de la pieza o zonas en las que el polvo se acumule sobre la parte superior del orificio de ventilación y a una profundidad que permita el venteo para alcanzar el centro del volumen máximo de la pieza.

Manejo de tensiones residuales y estabilidad dimensional en rotomoldeo

El fenómeno de la deformación se menciona con frecuencia como uno de los principales problemas en el moldeo rotacional. Para ello se han identificado varios factores que afectan el desarrollo de tensiones residuales y la estabilidad dimensional de las piezas moldeadas. La mayoría de los estudios se han enfocado en evaluar el efecto de las condiciones de procesamiento en el desarrollo de deformación, contracción y tensiones residuales y se ha destacado el efecto de la fase de enfriamiento como el factor más importante.

La deformación se puede dividir en tres tipos: convexa, cóncava e irregular. Fig. 2. Durante el enfriamiento, el aire dentro del molde tiende a reducir su volumen. Este fenómeno tira de la parte interior y ejerce una fuerza de compresión sobre la parte plástica caliente en ambos extremos, A y B, como se muestra en la Fig. 3.

De gran importancia es el momento en el que se aplica el enfriamiento rápido (pulverización con agua fría), crucial para el desarrollo de la deformación. Si se aplica en una etapa posterior del enfriamiento, la pieza estará lo suficientemente fría y con la rigidez adecuada para resistir la fuerza de vacío a la que está sometida. Por el contrario, si el enfriamiento rápido se aplica apenas moldeada la pieza, la temperatura aún es alta y la rigidez de las piezas baja, por lo que la fuerza de vacío prevalece sobre la rigidez de la pieza y se produce la deformación. [L. Costa; M. C. Crámez]

Como podemos apreciar, el análisis de estos parámetros, de gran importancia en el desarrollo del proceso de rotomoldeo, da para profundizar mucho más. Esperamos que esta breve contribución pueda ser de utilidad para nuestros lectores.