Comprenda el tiempo de residencia en el moldeo por inyección

Hace poco tiempo, al revisar las capacidades de disparo, observé que una expresión se repetía continuamente: “tiempo de residencia mínimo”. Hasta entonces nunca había oído que el tiempo de residencia tuviera un límite superior o inferior. El tiempo de residencia, un concepto muy común en el moldeo por inyección, se refiere al tiempo que el plástico reside en el barril y, o, sistema de canal caliente.

Siempre he basado mi tiempo de residencia máximo en la calidad de la pieza, y siempre que dicha calidad no se vea afectada, me fijo como objetivo una velocidad de recuperación del tornillo que produzca un tiempo de recuperación repetible. También busco uno que minimice la diferencia entre el tiempo de recuperación y la apertura del molde.

Pero en cuanto al tiempo mínimo de residencia, no estoy seguro de cuál sea su valor, si se tiene en cuenta que mientras más tiempo resida el material en el barril, más caliente estará, lo que dará lugar a una fusión más uniforme.

Comprendiendo el concepto de tiempo de residencia mínimo

En un nivel básico, ese concepto tiene sentido para mí porque el material más caliente asegura que no habrá secciones sin fundir. Dicho esto, ¿no se podría conseguir también por cualquier medio que aumente la temperatura del material?

Además, ¿cuánto calor se añade al material debido al tiempo de residencia? ¿No se vería ese calor afectado por lo que le ocurre a la masa fundida antes del tiempo de permanencia real del material?

“¿Tiempo de permanencia?”, se preguntará. “Creía que hablábamos de tiempo de residencia”. Pues bien, el tiempo de permanencia es la fase posterior a la recuperación del husillo y anterior al inicio de la siguiente inyección. Como tal, representa una parte del tiempo de residencia total. Francamente, en mi experiencia, cuando la mayoría de la gente habla de tiempo de residencia, entiendo que en realidad se refiere al tiempo de permanencia.

Relación entre calor y tiempo en moldeo por inyección

Para llegar a un tiempo de residencia mínimo sería necesario realizar innumerables pruebas que determinen la temperatura y el tiempo necesarios para reducir realmente la probabilidad de que haya no fundidos presentes en la masa fundida.

Dado que el calor en la masa es producto tanto de la temperatura como del tiempo, ¿no cambiaría el tiempo en función de la temperatura? y ¿no cambiaría, a su vez, la temperatura necesaria en función del tiempo de exposición a esa temperatura? La respuesta, por supuesto, es sí. Esta correlación hace que me cueste contenerme cuando los fabricantes de máquinas mencionan continuamente el concepto de tiempo de permanencia mínimo.

Con esto en mente, decidí llevar a cabo algunos experimentos para intentar comprender mejor cómo se comporta la masa fundida frente al husillo durante el tiempo de permanencia.

Desafíos experimentales en la temperatura de la masa fundida en el barril

La primera dificultad fue pensar cómo se aísla el plástico para no perder o ganar calor durante este tiempo. En teoría, la pérdida de calor no es un problema tan grave, pero hay que tenerlo en cuenta y podría presentar un mayor impacto en los barriles de gran diámetro que en los de menor diámetro.

En los barriles de mayor diámetro podría imaginar situaciones en las que el centro de la masa fundida empiece a perder calor, debido a que el plástico que lo rodea lo mantiene aislado del acero caliente del barril. Así, esta es una de esas teorías divertidas para discutir, más que una cuestión práctica de resolver. Centrémonos más en el concepto de aumentar las temperaturas de masa para promover una fusión más uniforme.

Mientras el material espera ser inyectado forma diferentes capas de temperatura. Lo comparo con las capas del interior de la Tierra. En este caso, hay dos secciones distintas de la masa fundida que se encuentra delante del husillo.

Está la zona más cercana al diámetro interior del barril y más influenciada por las temperaturas del barril (la llamaremos cáscara) y luego la capa fundida en el centro del barril. Aquí, la resina se funde debido al calor generado por la fricción del husillo que transporta el plástico hacia delante. Ahora bien, a pesar de que la capa exterior (cáscara) está en contacto con el acero caliente del barril, lo más probable es que esté más fría que la capa fundida cerca del centro de este.

Calor del barril vs. fricción

Todos hemos escuchado esto: “Una vez que una máquina está en marcha, se podrían apagar los calentadores del cilindro y la máquina seguiría funcionando porque, en ese momento, casi toda la fusión del plástico es un subproducto de la fricción del tornillo”.

Esta es una ligera exageración. Sin embargo, puede ocurrir con las poliolefinas, aunque no tanto con las resinas de ingeniería. Yo he tenido máquinas en funcionamiento sin calentadores mientras moldeaba polietileno, así que hay algo de verdad en este concepto.

Funcionalmente, este fenómeno implica que la fricción eleva la temperatura de la masa fundida más allá de las resistencias del barril, y explica por qué esa capa fundida está más caliente que la capa externa o cáscara, que técnicamente se enfría hasta la temperatura del interior del barril.

Teniendo esto en cuenta, si la mayor parte del calor generado procede de la fricción, ¿cómo puede aumentar la uniformidad de la masa fundida mientras permanece en el barril? Me parece que no proporciona necesariamente una masa fundida más uniforme, pero puede aumentar la temperatura general de la masa y, por lo tanto, reducir potencialmente algunos no fundidos en el disparo.

Dicho esto, la forma más eficaz de garantizar una masa fundida uniforme se centra en la fase de recuperación del husillo. Durante el tiempo de permanencia, la masa fundida permanece inactiva: no hay movimiento, fricción ni mezcla. Además, las diferencias de temperatura en las capas de la masa fundida podrían aumentar, al contrario de una masa fundida uniforme.

Consideraciones sobre los husillos

En última instancia, para conseguir una masa uniforme y una temperatura de masa óptima, es necesario identificar primero el mejor diseño de husillo disponible para el material específico que se está procesando. Existen diferentes diseños de husillo para aumentar la mezcla de la masa fundida y la fricción generada por la rotación de este.

De esta manera, entendemos que el diseño del husillo va a desempeñar el papel más importante a la hora de garantizar una masa uniforme. A continuación, es fundamental asegurarse de que el husillo funcione en una máquina que permita un tamaño de inyección no inferior al 20 % ni superior al 60 % de la capacidad de inyección.

Mantener el tamaño de la inyección dentro de este rango ayuda a garantizar que el husillo gire lo suficiente para generar la fricción y la mezcla de la masa fundida. Por último, las condiciones del proceso también son críticas, por lo que las rpm del husillo, la contrapresión e, incluso, las temperaturas del barril, van a desempeñar un papel muy importante a la hora de garantizar que se produzca una fusión uniforme del material.

La uniformidad de la masa fundida es absolutamente crítica para un proceso repetible, pero los límites arbitrarios en aspectos como el tiempo de residencia no hacen más que complicar un proceso, ya de por sí complejo. Estos límites también pueden generar un impacto negativo en la solución de problemas.

Por ejemplo, pueden tener a los técnicos de proceso persiguiendo el tiempo de residencia, cuando deberían centrarse en identificar una causa raíz que esté afectando la temperatura o la mezcla de la masa fundida.

Cuando en la próxima revisión de las especificaciones de su máquina aparezcan cosas como “tiempo de residencia mínimo”, no dude en preguntar por qué e, incluso, cómo, se establece un límite de este tipo. Pida los datos: no hay nada malo en formarse y cuestionar las normas del sector.

Aprender algo nuevo resulta cotidiano en nuestro sector y hace que la industria del plástico sea interesante y un reto para todos nosotros.