¿Qué es la acumulación en el molde?
La acumulación en el moldeo por inyección, a veces llamada acumulación de gas o «plate out», es el término general utilizado para describir una mezcla compleja de depósitos orgánicos, inorgánicos, químicos y físicos que permanecen adheridos a las superficies del molde durante el moldeo por inyección. Estos depósitos son gases y residuos procedentes de aditivos poliméricos, materiales degradados, agentes desprendidores, aceites lubricantes, inhibidores de la oxidación, suciedad, polvo, transferencia metal-sobre-metal, exceso de resina, delaminación de artículos moldeados, mala ventilación y más.
ASPECTO DE LA ACUMULACIÓN Y DAÑOS AL MOLDE:
La acumulación se manifestará con diferentes aspectos en el molde: manchas marrones, decoloración de la cavidad, película grasa, pegajosa, amarillenta y cerosa que contiene polvo blanquecino. La acumulación terminará atacando el acero del molde y conducirá a la decoloración, corrosión, óxido y rotura de los componentes del molde.
PROBLEMAS CON LAS PIEZAS IMPRESAS:
Cuando los depósitos se acumulan en la superficie de moldeo, se producen defectos en el artículo impreso: problemas de pegado, defectos estéticos (problemas de brillo, apariencia rugosa, estrías plateadas/blancas en la superficie de las piezas), quemaduras, baya, áreas de falta de relleno en la parte. Estos problemas afectarán la calidad de las operaciones post-estampado como el chapado, la pintura, el pegado adhesivo, el recubrimiento o las operaciones de montaje de precisión.
Mecanismos que causan la acumulación en el molde:
La acumulación en el molde se produce por adsorción.
¿Qué es el proceso de adsorción?
Las sustancias sólidas porosas con una gran superficie tienen la capacidad de atraer y adherir a sus superficies moléculas de gas o líquidos o sólidos disueltos con los que están en contacto. Este fenómeno de adherencia superficial se denomina adsorción y forma enlaces del adsorbido en la superficie del adsorbente. En nuestro caso, el adsorbato es la mezcla de múltiples componentes que contamina el molde y el adsorbente es la superficie de moldeo.
¿Qué crea la adsorción?
El proceso de adsorción se produce debido a fuerzas intermoleculares (adsorción física) o fuerzas intramoleculares (adsorción química) entre el molde y los depósitos. (También puede ocurrir debido a la atracción electrostática).
- ADSORCIÓN FÍSICA: Los depósitos se adsorben en la superficie metálica del molde, que es de alta energía y carga positiva. Este es el principio más fundamental en la adhesión de los depósitos al molde. La adsorción física implica enlaces intermoleculares débiles; la identidad química de los depósitos permanece intacta y no se producen reacciones químicas en la superficie del molde. Puesto que no hay rotura de los enlaces, la adsorción física es un proceso termodinámico espontáneo.
- ADSORCIÓN QUÍMICA: Los depósitos forman fuertes enlaces intramoleculares (reacciones químicas) en la superficie del molde; se produce la ruptura de los enlaces y la naturaleza química de los depósitos cambia, dando origen a una nueva especie. Las uniones establecidas con la superficie del molde pueden ser muy fuertes y difíciles de quitar.
Causas y naturaleza de la acumulación en el molde:
Existen varias razones para el exceso de aves y depósitos. Entendamos con más detalle la naturaleza y los factores desencadenantes de la acumulación para abordar correctamente este problema.
- ADITIVOS AÑADIDOS A LOS POLÍMEROS: Los materiales termoplásticos utilizados en el moldeo por inyección contienen complejos aditivos químicos y físicos. Hay varios tipos de aditivos, incluidos los estabilizadores UV, modificadores de impacto, retardantes de llama, antioxidantes, antiestáticos, antimicrobianos, pigmentos, etc. Estos aditivos contienen compuestos fenólicos, organofosfatos, ésteres ftálicos, plata coloidal, dióxido de titanio, negro de carbono, fibra de vidrio y otras sustancias orgánicas, inorgánicas e iónicas. En condiciones de moldeado gravosas (alto estrés térmico y presión), porciones de estos aditivos se deterioran, separan, cristalizan y forman depósitos en el molde con enlaces intramoleculares muy fuertes en la superficie de alta energía del molde.
- PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIÓN DE LA MATERIA PRIMA (DESGASIFICACIÓN): Deslizando las resinas a temperaturas superiores a las recomendadas, con un esfuerzo de corte excesivo (shear), o permitiendo que el plástico se estanque en el cilindro sin evaporarse, provocará la descomposición térmica de los materiales de moldeo y aumentará la cantidad de desgasificación. Los subproductos del desgasificación pueden adherir a la superficie del molde y a los respiraderos, solidificarse y convertirse en depósitos. Las condiciones extremas de moldeado (temperatura y corte) formarán gases de pirólisis que causarán depósitos en el molde y la oxidación del metal. Los experimentos han demostrado que los polímeros de alto peso molecular, cuando se sobrecalientan, generan gases que forman depósitos muy resistentes. Algunas resinas como el PVC crean gases de ácido clorhídrico que pueden llevar a la placa-out, acumulación de resina en la superficie del molde y corrosión.
- VENTILACIÓN DEL MOLDE INADECUADA O CANALES DE SFIATO OBSTRUIDOS: Muy a menudo la acumulación es causada por una mala ventilación. Algunos materiales tienen una mayor tendencia al desgasificación que otros, pero cualquier material puede dejar residuos si el molde no está bien ventilado. La retención de aire y la liberación de gases plásticos durante el proceso de inyección provocan un sobrecalentamiento del oxígeno dentro del molde y una acumulación excesiva de presión. El oxígeno sobrecalentado puede causar combustión espontánea y puntos de quemadura localizados en las piezas moldeadas. La naturaleza corrosiva de las aves atrapadas puede causar corrosión local en la superficie del molde y manchas marrones que pueden atrapar la resina y convertirse en un imán para la acumulación de contaminantes adicionales y óxido. Además, el gas atrapado puede provocar la acumulación de residuos en los husillos del desagüe, lo que requiere interrupciones frecuentes de la producción para limpiar el molde. Los problemas de calidad más comunes relacionados con una ventilación insuficiente son: signos de quemadura, tiradas cortas, compactación insuficiente, mala definición de la superficie, huecos internos, líneas de unión débiles, variaciones dimensionales, splay (estrías), brillo alterado, Degradación del material, deformación, recubrimiento, acumulación de residuos en los desagües, zonas muertas y partes que se adhieren o se derrumban al expulsarse. Es importante comprobar si los exfoliantes se han aplastado o dañado durante el período de rodaje o debido a una fuerza de cierre excesiva.
- AGENTES SEPARADORES EXTERNOS APLICADOS A LA CAVIDAD DEL MOLDE: Los agentes separadores externos se utilizan para permitir el desprendimiento de la pieza impresa de las paredes de los moldes. Pueden incluir siliconas, PTFE (teflón), ésteres de aceites vegetales y son sustancias no polares que poseen fuertes fuerzas intermoleculares y muy bajas energías superficiales. Estas propiedades les permiten extenderse uniformemente y adherirse a las superficies de metal polar de alta energía de la cavidad del molde. La aplicación excesiva es uno de los errores más comunes y puede crear acumulaciones de residuos de agentes separadores que pueden mezclarse con los aditivos cristalizados de los termoplásticos, formando subproductos que se depositan o incluso se unen a las superficies del molde. Los agentes separadores no adaptados a la temperatura del proceso pueden causar problemas de descomposición, acumulación de residuos y formación de escamas en los moldes. Con el tiempo, pequeñas cantidades de separadores externos se transfieren a las superficies de baja energía del plástico moldeado, causando defectos físicos o estéticos.
- AGENTES DESPRENDIDORES EXTERNOS APLICADOS A LA CAVIDAD DEL MOLDE: Las GRASAS LUBRICANTES APLICADAS AL MOLDE: La grasa se utiliza para permitir el correcto deslizamiento de las partes móviles del molde, pero con el tiempo la alta temperatura de proceso, el estrés de presión de la inyección, La aplicación excesiva o los detergentes agresivos pueden provocar la rotura de la grasa, el estirado, la licuefacción o la incrustación. Esto dejará una acumulación excesiva en el molde y terminará en las piezas. Esto conducirá a una miríada de problemas de moldeado, incluyendo obstrucciones y quemaduras, mal cierre, empañamiento y rotura de los componentes del molde.
- EXCESO DE RESINA, ACUMULACIÓN: La acumulación aumenta los problemas de ventilación y contribuye a manchas adicionales que podrían desencadenar problemas de brillo y pegado.
- MANCHAS DEL MOLDE SIN TRATAR: Otro problema común se refiere a las manchas sin tratar que pueden atrapar la resina, acumular contaminantes adicionales y convertirse en una invitación para más corrosión y óxido.
- ÓXIDO: La humedad en el aire puede adherirse al espacio entre los insertos y causar la generación de óxido; los depósitos se acumulan en esas partes oxidadas y la acumulación de depósitos crece.
¿Qué se puede hacer contra la acumulación en el molde?
UN BUEN CONOCIMIENTO DE LA MATERIA PRIMA ES FUNDAMENTAL:
Conocer las características del material plástico es esencial. Saber qué materiales emiten altas concentraciones de gas y depósitos afectará la forma en que diseña, construye y mantiene el molde. PC, PC/ABS, Acetal y PVC producen muchas aves y depósitos causando manchas en el acero, erosión, partes quemadas, áreas de falta de relleno especialmente en costuras y detalles. Las cargas del material, los aditivos ignífugos y los colorantes aumentan la cantidad de aves emitidas por un material. Los nailon que contienen aditivos (estabilizadores UV, modificadores de impacto) forman problemas de acumulación en las cavidades causando defectos visuales con brillo incoherente en la parte. Los materiales cargados de vidrio tienen una mayor tendencia a desgasificar y acumular que otros. Los grados de material económico y de bajo costo tienden a depositar una acumulación gruesa y desagradable en las superficies de la cavidad con el tiempo, causando problemas de aspecto y pegado.
CÓMO LIMITAR LA ACUMULACIÓN:
Con algunos materiales plásticos y aditivos, la formación de gases y depósitos no se puede eliminar, pero se puede reducir significativamente tomando las siguientes precauciones en el diseño del molde, el proceso de moldeo y el mantenimiento del molde:
- Diseño y número de respiraderos del molde adecuados con acabado brillante para evitar que los residuos se adhieran a la superficie más rugosa dejada por el mecanizado.
- Utilice acero inoxidable para los componentes del molde para contener la corrosión.
- Aplicar un recubrimiento a las superficies de moldeo para resistir mejor la acumulación, proteger el acabado superficial y reducir los intervalos de limpieza.
- Evitar el sobrecalentamiento del material y controlar la presión de inyección para contener aumentos extremos y repentinos de temperatura durante la producción.
- Mejorar el control de la temperatura del molde.
- Utilizar un agente separador externo adecuado: unión fuerte, sin silicona, semipermanente y spray de secado rápido. Evitar la aplicación excesiva y productos pesados que dejan residuos.
- Utilizar una grasa lubricante adecuada (muy resistente a temperaturas extremas, gases ácidos, vapor y la mayoría de los productos químicos).
- Utilizar un inhibidor adecuado de la oxidación y la corrosión (formulación semiseca de doble uso, que contiene neutralizadores de ácidos, protege contra la corrosión atmosférica y los gases ácidos liberados por el plástico).
- Prevención mediante una metodología de limpieza más frecuente y eficaz, estudiada en función del caso.
CÓMO ELIMINAR LA ACUMULACIÓN DE LOS MOLDES DE INYECCIÓN
Todos los problemas mencionados anteriormente requerirán más limpieza y mantenimiento adicional en la herramienta. Contener y eliminar eficazmente la acumulación en el molde es, por lo tanto, esencial para evitar desperdicios, daños al molde y tiempos de inactividad excesivos no programados. La eliminación de la acumulación requiere una limpieza adicional en la herramienta que conlleva costos adicionales.
Para ser conveniente, la limpieza del molde debe realizarse:
- Sobre las superficies y partes del molde necesarias.
- Cuando sea necesario – A frecuencias de ciclo determinadas.
- Utilizando procedimientos de limpieza específicos.
Limpiar lo necesario – En superficies específicas y partes del molde dirigidas:
La limpieza adecuada de las superficies de moldeo es el factor más importante; las placas no necesitan «brillar» para hacer su trabajo. Frotar o barnizar todas las manchas de oxidación y decoloración de equipos y placas no críticas cada vez que un molde sale de la prensa solo desperdicia muchas horas de trabajo, abre poros y erosiona lentamente la superficie y los bordes del acero, solicitando la sustitución mucho antes de lo necesario. Inspeccionar los desagües y las descargas de los desagües; en algún momento, es muy probable que se obstruyan con residuos. El uso de un limpiador de molde y garza de cobre limpiará los desagües de manera rápida y segura.
Solo cuando sea necesario – frecuencia de limpieza:
Cualquier acumulación en la superficie del molde es más fácil de eliminar en la etapa inicial, por lo que la cavidad del molde y los canales de descarga deben limpiarse y mantenerse regularmente. Si la acumulación se deja de lado y forma una capa gruesa, se vuelve muy difícil y lleva tiempo eliminarla. Las acumulaciones en el molde tienen naturaleza y desarrollo diferentes, requiriendo frecuencias de limpieza diferentes. La frecuencia dependerá del tipo de residuos que el proceso de moldeo deje en el equipo y del diseño del molde. Los moldes solo deben limpiarse lo necesario para completar un número predeterminado de ciclos de estampación.
Cuando se pone en producción un molde nuevo y limpio, es muy importante controlar el proceso y observar la superficie de moldeado en relación con la acumulación de residuos y el desgaste tanto en las áreas ventiladas como no ventiladas. Es fundamental determinar cuántos ciclos puede realizar un molde de forma segura antes de que se acumulen, el desgaste y las huellas alcancen niveles que requieran una limpieza. Estas observaciones deben estar documentadas y cada molde debe tener procedimientos y frecuencias de mantenimiento en prensa, basados en un recuento máximo de ciclos preestablecido que se respete lo más posible. De este modo será posible minimizar la posible variabilidad cualitativa de la producción. Además, la limpieza del molde debe realizarse como última tarea, después de que se hayan realizado los trabajos de resolución de problemas, reparación, incisión y grabado químico.
Utilización de procedimientos de limpieza específicos
No existe un producto o proceso de limpieza universal para todos los tipos de acumulación en el molde. Los depósitos tienen diferentes tipos y, por lo tanto, no existe un método de limpieza universal eficaz con todo tipo de contaminación. Los métodos también varían según el diseño y las dimensiones del molde. Encontrar los productos y equipos adecuados, combinados con métodos y frecuencias documentados, puede reducir las horas de limpieza hasta en un 50 % y reducir considerablemente el desgaste del equipo. Por lo general, el mejor método consistirá en dos o tres tecnologías diferentes diseñadas para limpiar tipos específicos de residuos. Es esencial confiar en metodologías que eliminen los residuos de manera efectiva pero también prevengan cualquier daño al molde. El uso de sustancias agresivas y potencialmente corrosivas debe evitarse por completo, ya que puede resultar contraproducente.
Otra cosa que se debe evitar es el exceso de limpieza («over-cleaning»). Esto se lleva a cabo mediante limpiezas demasiado frecuentes utilizando métodos abrasivos como esponjas abrasivas gruesas, lienzo esmerilado o papel vidriado, piedras, cepillos montados en máquinas equipadas con cerdas de diversas composiciones (como latón y acero) o pulido manual. También son abrasivos para el molde las operaciones como el arenado o unidades de arenado a alta presión que utilizan medios como plásticos duros, esferas de vidrio, conchas de nuez y partículas de aluminio. Todos estos métodos abrasivos, si se utilizan con frecuencia o en un entorno de mantenimiento no regulado, causarán desgaste excesivo, erosionarán la superficie y los bordes del acero o abrirán poros martillando la superficie del molde como microscópicos escalpelos, causando porosidad a la que los residuos se adhieren más fácilmente. Esta es la razón principal por la que los moldes limpiados a fondo experimentan una rápida acumulación de residuos y recuperan la mancha inicial solo después de unas pocas horas de funcionamiento.
Las placas de los moldes no necesitan brillar para hacer su trabajo. Una plancha adecuadamente limpia con la protección adecuada contra el óxido es clave para la longevidad. Sería aconsejable proceder con un proceso de limpieza estandarizado que utilice siempre los mismos productos y procedimientos: de este modo será posible minimizar la posible variabilidad de las piezas de producción debido al nivel de limpieza del molde, eliminando el factor humano de la ecuación.
En el siguiente artículo, vamos a proporcionar algunos casos reales de limpieza efectiva, indicando el tipo de contaminación, el tipo de superficie, los productos y la metodología adoptada.