El conformado plástico

El conformado plástico incluye los procedimientos de producción de productos a partir de una mezcla de polvo cerámico y aditivos que es deformable bajo presión. La mezcla puede obtenerse en sistemas conteniendo arcillas por la adición de agua y pequeñas cantidades de floculante, un agente de mojado y un

Lubricante.

En sistemas que no contienen arcilla, tales como óxidos puros, carburos y nitruros, es necesario añadir, en lugar de la arcilla, un material orgánico, mezclado con agua o con otro fluido, para proporcionar la plasticidad. Se requiere entre el 20 y el 50 % de aditivo orgánico para lograr la plasticidad adecuada para el conformado. La plasticidad es la capacidad de deformarse ante un esfuerzo mecánico conservando la deformación al retirarse la carga.

La mayor dificultad del proceso de conformado plástico es la eliminación del material orgánico antes de la cocción. En el caso de los sistemas arcilla – agua, durante el secado tiene lugar una contracción sustancial, que aumenta el riesgo de aparición de grietas. En el caso de sistemas con aditivos orgánicos, el problema mayor es la obtención de pieza en verde libre de defectos y la extracción del material orgánico. Una extracción demasiado rápida da lugar a agrietamientos, hinchamiento o distorsión. Por otra parte, una eliminación inadecuada resulta en agrietamientos, hinchamiento o contaminación en el proceso posterior de densificación a alta temperatura.

El conformado plástico se usa de forma extensiva en la fabricación de cerámicas tradicionales y modernas o avanzadas.

Materiales de construcción tradicionales tales como: ladrillos y tejas se obtienen por extrusión. Además se pueden producir por extrusión: tubos de protección de los termopares, tubos para hornos, tubos de carburo de silicio para intercambiadores de calor, aislantes eléctricos de porcelana, sustratos para aplicaciones electrónicas, soportes de catalizadores tipo “colmena de abeja”, tubos transparentes para lámparas, etc. Los sustratos pueden extruirse a un espesor menor de 1 mm.

Se pueden obtener productos de gran tamaño de más de una tonelada, hasta de pequeño tamaño de solamente unos gramos de masa.

EXTRUSION.

Esta técnica de conformado se emplea en la fabricación de productos cerámicos de sección constante.

Básicamente el proceso de extrusión consiste en forzar el paso, mediante la aplicación de una presión, de la pasta con una consistencia plástica a través de una matriz.

Se obtiene un producto lineal con una sección transversal controlada, que luego se corta a la longitud requerida por el producto a obtener. Es un método de conformado continuo muy efectivo y eficiente, que usa un equipamiento simple.

Se han desarrollado varios métodos para forzar el paso de la pasta a través del dado: giro de unos rodillos, empuje de un pistón o rotación de una hélice.

Las maquinas extrusoras de tornillo pueden ser simples o de tornillos gemelos.

EQUIPO PARA EXTRUSION.

Una maquina extrusora de tornillo simple usada habitualmente en la industria cerámica. Consiste de varias secciones y es capaz de trabajar de forma continua. La primera sección es un molino amasador o mezclador, que contiene dos filas de palas montadas sobre dos ejes que giran en sentidos opuestos, lo que proporciona una elevada acción cortante que mezcla de forma eficaz el material, que pasa estrujado entre las palas. La alimentación al molino mezclador es la pre mezcla formada por: polvo cerámico, mas liquido y mas aditivos tales como: ligantes, plastificantes, dispersantes, floculantes, lubricantes y surfactantes. El molino mezclador amasa la pre mezcla proporcionando homogeneidad, maximizando la plasticidad y eliminando aire por el efecto de apriete de la pasta.

A continuación, mediante un tornillo de Arquímedes para el transporte del material, la mezcla es forzada a entrar, a través de una placa perforada, en la cámara de desairado. El material en forma de tiras con una sección transversal menor es desairado de una manera más uniforme mediante la aplicación de vacío para eliminar tanto aire como sea posible. Finalmente, la mezcla pasa a la cámara de compactación donde otro tornillo de Arquímedes transporta el material y lo pre compacta para eliminar tanta porosidad como sea posible, antes de que pase, debido a la alta presión, por la matriz o dado rígido. Las extrusoras o galleteras de hélice son máquinas cilíndricas o troncocónicas con eje de paletas helicoidales que empuja la pasta hasta una boquilla que la conforma continuamente. El vacío para evitar la presencia de burbujas de aire en la masa, pues éstas producen la rotura de las piezas al calentarse en la cocción (Incremento de volumen del aire al aumentar la temperatura, que al estar restringida causa un aumento de presión).

La ventaja de este tipo de máquina extrusora es que en ella tiene lugar, de forma continua, el mezclado, el desairado, la consolidación y la forma final de la pieza a fabricar.

Las etapas en el tornillo de la maquina de extrusión son:

1.- Alimentación del material.

2.- Consolidación y flujo del material en la camisa.

3.- Flujo a través del dado convergente

4.- Flujo a través de dado de sección transversal constante o casi constante.

5.- Eyección.

Durante la extrusión de la arcilla, tiene lugar la orientación de las partículas, paralelamente al sentido de flujo.

El grado de orientación de las partículas aumenta con la velocidad de salida. Si la velocidad de salida varía en la sección de la pieza por cambios en la plasticidad o humedad de la masa arcillosa en la pieza cerámica recién extrusionada existirán diferentes grados de orientación. Cuanto mayor sea el grado de orientación menor será el contenido de humedad y más baja la contracción del secado.

Las diferencias en el grado de orientación, humedad y contracción, pueden originar tensiones y roturas durante el proceso de secado posterior. Uno de los sistemas más utilizados en el equilibrado de moldes se basa en detectar las diferencias de velocidad en la sección de salida del molde, determinando las diferencias de contracción que pueden presentarse en la misma pieza.

FACTORES DEPENDIENTES DE LA EXTRUSORA.

El sistema de extrusión por hélice permite el uso de vacío, una producción continua y una mejor homogeneización de la pasta. Esto se debe en gran parte a que el barro que llega al final de la hélice (entre el 50 y el 85 %) retrocede por el mismo canal o por el espacio existente entre la hélice y las costillas, todo lo cual produce un efecto de homogeneización de la arcilla.

En una extrusora estándar, la arcilla preparada

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