Control De La Calidad En El Proceso De Inyeccion

Ensayos de control de calidad en la inyección

Fundamentales para controlar el comportamiento de los plásticos

En este artículo realizado en base a una conferencia presentada por Gaiker, se indica una relación de los principales ensayos de laboratorio aplicables al control de calidad de los materiales termoplásticos. Se han excluido de esta relación ensayos de identificación del material, como la espectrocopía infrarroja o la cromatografía, por no ser considerados como propios de un sistema de aseguramiento de calidad.

Los métodos de análisis térmico tienen gran importancia en la caracterización de los materiales termoplásticos debido a la gran relación existente entre sus propiedades y la temperatura. Los ensayos normalizados, como el Índice de Fluidez o la Temperatura de reblandecimiento Vicat, son los más utilizados por la industria debido a su rapidez, sencillez y comodidad. Otras técnicas muy usadas son: Calorimetría diferencial de barrido (DSC), Análisis termogravimétrico (TGA) y el Análisis térmico mecánico dinámico (DMTA).

Índice de Fluidez (UNE 53200, DIN 53735)

Consiste en calentar una muestra del material en un horno y aplicar sobre dicha masa fundida un pistón con una carga normalizada. Se cuantifica la cantidad de material fundido que atraviesa una boquilla por unidad de tiempo. El ensayo se realiza con poca velocidad de cizallamiento.

Un peso molecular promedio elevado se traduce en índices de fluidez bajos, es decir, la masa fundida tiene una viscosidad elevada, como la que se requiere para la extrusión. Un peso molecular promedio bajo equivale a índices de fluidez altos, es decir, la masa fundida presenta una viscosidad baja, ideal para la inyección. Los índices de fluidez habituales se sitúan en el intervalo de 0,5 g/ 10 min a 40 g/ 10 min.

A partir de la diferencia de índices de fluidez antes y después de la transformación se puede sacar la conclusión acerca de la degradación sufrida por el material durante la misma, es decir, el peso molecular promedio es menor debido a la rotura de las cadenas moleculares.

Temperatura de reblandecimiento Vicat (UNE 53118, DIN 53460, ISO 306)

Este método permite estudiar el reblandecimiento de los termoplásticos cuando la temperatura aumenta. El ensayo consiste en determinar la temperatura a la que un punzón cilíndrico de acero ha penetrado dentro de la probeta una profundidad de 1± 0,1 mm.

Para ello, se sumergen las probetas en un líquido de acondicionamiento térmico, después se carga el punzón con un peso constante y se calienta el líquido a 50 ó 120 º C/h. El peso utilizado es de 10 N para el método A y de 50 N para el método B. Las probetas tendrán un espesor entre 3 y 6 mm y unas dimensiones de 10 x 10 mm.

Calorimetría diferencial de barrido. (DSC)

Es la más simple y universalmente empleada de las técnicas térmicas. En la calorimetría de barrido diferencial la muestra y la referencia se someten a una temperatura que aumenta en forma continua; en este caso, se agrega calor sobre la muestra o la referencia, a modo de mantenerlas a una temperatura idéntica. El calor agregado que se registra, compensa el que se pierde o se gana como consecuencia de reacciones endotérmicas o exotérmicas que tienen lugar en la muestra.

El material de referencia debe de cumplir una serie de carácterísticas para no desvirtuar la medida realizada: no debe experimentar eventos o procesos térmicos en el intervalo de temperatura a estudiar, no debe reaccionar con el crisol que lo contiene o con los termopares y su conductividad térmica debe ser similar a la de la muestra.

Generalmente, se utiliza como referencia un crisol vacío. La preparación de la muestra es importante para reducir la resistencia térmica en el sensor del equipo. Así se evitan gradientes de temperatura dentro de la muestra y el consiguiente fallo de la señal registrada. Por esta razón, las muestras ideales son films o muestras que ocupen perfectamente la parte inferior del crisol. Suele ser necesario cortar las muestras voluminosas en los trozos más pequeños posibles y presentarlas antes de meter en el crisol. A continuación, se sella el crisol con una tapa.

Puede emplearse una purga de gas por varias razones: para eliminar el gas y vapores formados en la célula durante el análisis -la célula de medida es así protegida de gases corrosivos (por ejemplo, halógenos)-; para desplazar el oxígeno atmosférico y evitar la oxidación no deseada de la muestra; para la introducción de un gas reactivo para investigar su reacción química con la muestra.

Tiene varias aplicaciones: determinación de puntos de fusión de fases cristalinas; estudios sobre la influencia de la historia térmica en la fusión de polímeros; estudios sobre la influencia de la densidad del polietileno u otros polímeros en los fenómenos de fusión y cristalización; estudios sobre la influencia de los pretratamientos; determinación de pureza; determinación de procesos de fusión y de cristalización y determinación de tiempos de inducción en oxidaciones isotérmicas de polímeros.

Otras aplicaciones: determinación de transiciones vítreas de 2 orden; determinación de recristalización exotérmica y fusión de polímeros semicristalinos; medición de capacidades caloríficas, entalpías de fusión, temperaturas de transición, calores específicos, datos sobre procesos cinéticos, datos sobre polimerización isotérmica, sobre reacciones químicas resultantes de aditivación de polímeros a alta temperatura.

Análisis Termogravimétrico (TGA)

En este análisis se mide el cambio de peso de una muestra bajo condiciones isotermas o bajo calentamiento o enfriamiento programado, usualmente en forma lineal. La deflección de la escala de la balanza se compensa automáticamente por medio de una unidad moduladora eléctrica, y utilizando sensores adecuados se logra que la señal eléctrica sea directamente proporcional a la variación en peso de la muestra.

Este método se usa principalmente para investigar procesos de secado (desorción); reacciones de descomposición; pirólisis bajo gas inerte como el nitrógeno; o la oxidación en aire de oxígeno. Descomposiciones estequiométricas permiten determinar el contenido. Mezclas de sustancias orgánicas indican la cantidad de material volátil (orgánico) y de cenizas (cargas). En muchos casos, el rango de temperatura de descomposición hace posible la identificación y caracterización de la muestra.

En resumen, la TGA se puede emplear para investigar cualquier proceso físico o químico que incluya un cambio de peso en el material.

Una atmósfera de gas alrededor de la muestra tiene una importante influencia sobre los análisis termogravimétricos. Son varias las ventajas que supone su introducción:

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