Moldeado por inyección compounder (IMC) EN PLÁSTICOS

El moldeo por inyección compouder es una tecnología que unifica en un solo los procesos de extrusión compounding e inyección. Aunque es una tecnología que está en su tercera generación (creada en 1997) ha tenido una implantación muy selectiva (sobre todo por los altos costes). Existen alrededor de 125 unidades IMC en todo el mundo. La patente de la tecnología la tiene la firma alemana Krauss Maffei.

El proceso de IMC abre nuevas posibilidades de procesado para combinar diferentes materiales de partida y procesarlos en una sola operación. Esta innovación permite fabricar piezas en la que los polímeros se pueden combinar libremente con cualquier refuerzo, fibra o relleno. Las aplicaciones potenciales van desde el sector del automóvil, a través de los sectores de embalaje, eléctrico y electrónico, a la producción de alimentos. Eso significa que se puede emplear en cualquier aplicación en la que los diferentes componentes deben mezclarse y moldearse en formas tridimensionales. A continuación, se puede observar una máquina de moldeado por inyección compounder:

Máquina de inyección compounder de Krauss Maffei

Con el IMC, las piezas se producen en una sola etapa del proceso de producción. Esto representa una combinación óptima de un proceso continuo de extrusión con la operación discontinua del moldeo por inyección. Debido a que el material sólo se calienta una vez, el material sufre menos degradación térmica. El primer paso del proceso es la dosificación gravimétrica de cada uno los materiales. El material plastificado y homogeneizado pasa de la extrusora a través de un canal caliente al cilindro de inyección. Durante las fases de inyección y compactación, el material suministrado continuamente por la extrusora, se almacena en un acumulador para mantener caliente la mezcla para suministrarla a la unidad de inyección y mantener constante la calidad de la formulación. Este proceso se muestra en la siguiente figura:

Esquema de la máquina de inyección compounder

Los elementos básicos para el moldeado de piezas por inyección compounder son el dosificador gravimétrico, una extrusora de doble husillo y la unidad de cierre. La unidad de plastificación e inyección se ha modificado con respecto a la inyección convencional para el moldeado por inyección compounder y desempeña un papel crucial en el proceso. En lugar de un sólo husillo para la plastificación y la inyección, se utiliza un doble husillo co-rotante para la plastificación y un pistón para la inyección.

Husillos co-rotantes entrelazados

Los husillos co-rotantes entrelazados permiten grandes volúmenes de compounding. Entre los husillos existe so­lo una pequeña separación, forzando con esto al plástico a circular por la periferia de los husillos, generando un pa­trón de forma de 8. Por esta pequeña separación se crea un efecto de auto-limpieza de la superficie del otro.
El proceso IMC permite un mejor control sobre la longitud de la fibra de vidrio minimizando la rotura de las mismas durante el proceso como lo haría el tornillo de una máquina de inyección común.
En una unidad de inyección estándar, el tornillo imparte cizallamiento perjudicial para el vidrio, provocando la rotura de fibra larga, resultando en longitudes de fibra más cortos y más bajas propiedades mecánicas. Las longitudes de fibra en las piezas hechas con pellets con fibra larga en prensas de inyección estándar tienen típicamente un promedio de 2 a 3 mm, aunque la longitud de partida puede ser de 2 pulgadas o más.
En las maquinas IMC, los rovings continuos de fibra de vidrio se introducen en la máquina compouder después de que el polímero se funde y por lo tanto, durante la mezcla se minimiza el desgaste de la fibra permitiendo conseguir fibras largas en la matriz polimérica además de minimizar el desgaste de los husillos. La inyección en el IMC se realiza mediante un pistón, lo que no aporta un cizallamiento a la fibra.

Esquema de alimentación fibra de vidrio al polímero

Las unidades de IMC pueden dar piezas con longitudes de fibra de vidrio de hasta 10 mm o más. Las longitudes de fibra más largas llevan a una pieza moldeada con superiores propiedades mecánicas. Este aumento del rendimiento permite que las piezas moldeadas por inyección puedan competir con el metal, SMC (Sheet Moulding Compound), GMT (Glass Mat Thermoplastic), y los pellets de pre-compounder utilizados para las piezas de la parte exterior e interior de los automóviles

Descripción de los beneficios aportados por la tecnología IMC
1. Para los transformadores que fabrican su propia materia prima (compounders), le permite reducir los costes de la materia prima, ya que realizan el proceso compound junto con la inyección en un sólo proceso.
2. La tecnología de proceso del moldeado por inyección compounder mejora la calidad de las piezas, especialmente en los materiales que llevan fibras o cargas. La degradación térmica en este proceso es reducida, ya que, debido al proceso de una única etapa, el material sólo tiene que ser fundido una vez. Esto, en parte, también es debido a que se realiza una única plastificación a menor presión y temperatura.
3. En cuanto a materiales con fibras, se pueden obtener las fibras más larga que con el proceso de compound convencional ya que la alimentación de las fibras se hace en continuo y como consecuencia de ello se mejoran las propiedades mecánicas.
4. Se pueden emplear para procesar una amplia variedad de materiales y fabricar nuevas mezclas, empleando materiales reforzados con alto contenido en carga (fibras, mezclas y aditivos).
5. Longitud de husillo constante, permite utilizar en la unidad de inyección relaciones de 1 a 5 (cuando lo normal es de 1 a 3) con lo que en una misma máquina se inyectan piezas de diferentes tamaños con la misma precisión y sin cambiar componentes.
6. Desgaste de husillo menor.
7. El IMC se puede emplear para la inyección de una amplia gama de productos con alta calidad, ya que la plastificación y la inyección están diferenciadas entre sí y el ciclo de inyección completo puede ser utilizado para la plastificación.
8. Este proceso tiene un amplio rango de aplicaciones debido a la amplia variedad de materiales que se pueden emplear.
9. Ahorro costo de material. Se evitan mermas y la máxima optimización del mismo en el proceso de transformación. Se estiman ahorros entre 0.5 y 1 EUR/Kg.
10. Ahorro en la instalación industrial, al juntar en una sola lo que antes había que tener en dos localizaciones diferentes. El tamaño de las máquinas, aunque es importante, se está reduciendo considerablemente con cada nueva versión.
11. Flexibilidad en el proceso: Reducción fuerza de cierre.

Principales aplicaciones
Automoción: frontales (fronted carrier) en polipropileno (PP) reforzado con fibra de vidrio, parachoques de polipropileno / EPDM, puerta trasera, panel de instrumental, componentes aerodinámicos.
Eléctrico-electrónico: Lavadoras (tambores), pilas combustibles
Embalaje: combinaciones con polvo de madera para fabricar cajas, pallets, incluso con reciclado de PET.

Ejemplos de pallets, de variada composición, fabricados por IMC

Módulo de puerta de automóvil

Frontales (fronted carrier)

Cápsula bajo motor