¿Cómo se utiliza el TPU en la industria del moldeo por inyección?

Los plásticos elásticos y termoplásticos comúnmente utilizados para el moldeo por inyección incluyen productos de espuma de poliuretano auto-piel, flexible y viscoelástico, así como caucho termoplástico moldeado por inyección (TPR), elastómeros termoplásticos (TPE) y uretano termoplástico (TPU). El TPU, o poliuretano termoplástico, es un material que muchas industrias aprecian porque puede fundirse y moldearse nuevamente como los termoplásticos, pero aún conserva propiedades elásticas. Un área donde este material versátil realmente destaca es en el moldeo por inyección; nada más ofrece flexibilidad y resistencia de la misma manera. Este artículo profundiza en las propiedades fundamentales del TPU, el proceso de moldeo por inyección, aplicaciones prácticas, proporcionando una guía integral para profesionales de la industria.

Propiedades fundamentales del TPU

El TPU es un elastómero termoplástico producido por la reacción de diisocianatos (como MDI o TDI), polioles de poliéter o poliéster y extensores de cadena. Tiene las siguientes propiedades clave:

Elasticidad y flexibilidad

El TPU es una opción excelente para artículos que necesitan ser muy elásticos porque su elasticidad es la misma en una amplia gama de temperaturas. Este material también soporta bien el frío, no se vuelve frágil. La resistencia a la tracción y el alargamiento a la rotura del TPU le permiten permanecer estable bajo tensión mecánica, por lo que es ideal para aplicaciones que requieren un alto rendimiento mecánico.

Resistencia a la abrasión

El TPU tiene una excelente resistencia al desgarro y la abrasión. Esto significa que es perfecto para fabricar productos que deben soportar mucho desgaste, como suelas de zapatos o cintas transportadoras. Su resistencia a la abrasión no se limita a entornos de uso ordinario, el TPU puede mantener sus propiedades físicas incluso en condiciones de uso de alta intensidad y frecuencia, lo que prolonga la vida útil del producto.

Resistencia química y al aceite

Especialmente en entornos en los que la resistencia a productos químicos y aceites es crucial, como las industrias del automóvil y el petróleo. El TPU puede conservar su integridad y funcionalidad en entornos hostiles, lo que lo convierte en una opción fiable para aplicaciones exigentes.

Transparencia

Debido a la transparencia del TPU, es adecuado para aquellos productos que necesitan un material transparente, como fundas de teléfono y productos médicos. El TPU tiene una gran transparencia y una alta transmisión de la luz que, en la mayoría de los casos, proporcionan una visibilidad clara y, aun así, tiene una gran resistencia física y puede fabricarse para soportar condiciones duras.

Resistencia a la intemperie

Con una excelente resistencia a los rayos UV y a la intemperie, el poliuretano termoplástico (TPU) es perfecto para su uso en exteriores. Incluso tras largos periodos al sol, no pierde mucho sus propiedades físicas, lo que significa que los productos basados en TPU, como los equipos de exterior y los materiales de construcción, duran mucho tiempo.

TPU en procesos de moldeo por inyección

El proceso de moldeo por inyección de TPU es similar al de otros termoplásticos, pero requiere un control preciso sobre los parámetros y condiciones de procesamiento debido a las propiedades únicas del TPU. A continuación, se presenta una guía detallada de cómo se procesa el TPU utilizando técnicas de moldeo por inyección:

Preparación de la materia prima

Las materias primas de TPU (poliuretano termoplástico) suelen presentarse en forma de gránulos de TPU y, antes del moldeo por inyección, a menudo es necesario un secado exhaustivo para eliminar la humedad que podría degradar el rendimiento de la pieza producida. La temperatura de secado suele oscilar entre 80 y 110℃ y se tarda entre 2 y 4 horas en completar el proceso de secado para reducir el nivel de humedad, que puede provocar algunos fallos como burbujas durante el proceso de inyección. Pero cuando la tasa de aplicación es muy alta, puede ser necesario realizar un secado al vacío o un secado con desecante para eliminar la humedad que pueda seguir presente en el material.

Parámetros de inyección

1. Control de temperatura: El intervalo de procesamiento del TPU se sitúa entre 180-230℃. Dado que cada detalle del material repercute en el producto final, el calor puede deteriorar sus propiedades físicas. Por ello, controlar la temperatura durante la producción es esencial para garantizar la calidad correcta del producto. Una desventaja importante es que el TPU suele tener una temperatura de fusión ligeramente inferior a la de muchos otros termoplásticos y, por tanto, exige un control más preciso de la temperatura del equipo de procesamiento.

2. Velocidad de inyección: Para evitar tensiones internas y burbujas causadas por una inyección demasiado rápida, debe emplearse una velocidad media. El modo de inyectar también afecta a la velocidad de reacción y a la uniformidad del llenado del molde, lo que mejora las propiedades mecánicas del producto. A velocidades muy altas, queda aire atrapado en el material dentro de la cavidad y la pieza adquiere un aspecto lleno de burbujas.

3. Control de la presión: La presión y el tiempo de mantenimiento deben ajustarse correctamente para que los productos conserven su estabilidad dimensional y presenten una superficie atractiva. Una presión excesiva genera tensiones internas elevadas, mientras que un tiempo de mantenimiento insuficiente provoca contracción y deformación. Por lo general, el tiempo óptimo depende sobre todo del espesor del producto y de la complejidad de su diseño.

Diseño de moldes

El diseño del molde influye considerablemente en las piezas de TPU moldeadas por inyección. Aunque el TPU tiene buena fluidez, se requieren compuertas y canales de dimensiones adecuadas para evitar un llenado deficiente. También debe considerarse la flexibilidad de la pieza y establecerse correctamente el ángulo de desmoldeo para no dañarla durante la expulsión. Otros parámetros importantes son el acabado superficial y la temperatura del molde: el primero ayuda a prevenir defectos superficiales y la segunda favorece un enfriamiento uniforme y acorta el ciclo. Puntos clave del diseño de moldes de inyección para TPU:

Esta distribución depende de las condiciones de moldeo, por ejemplo, la dureza de la materia prima, el grosor de la pieza, la forma de la pieza, la temperatura de moldeo y la temperatura del molde. En cuanto al rango típico de contracción, las dos fuentes importantes no indican un valor específico de s que oscile normalmente entre 0. 005-0. 020 cm/cm. Por ejemplo, una barra rectangular de 100×10×2mm será más delgada en la puerta en la dirección de la longitud, y la contracción en la dirección del flujo será 2-3 veces mayor cuando la dureza sea 75A en lugar de 60D. Como se muestra en la figura uno, existe la relación entre la dureza del TPU y el espesor de la pieza con la tasa de contracción. Como se ilustra anteriormente, para la dureza del TPU que oscila entre 78A y 90A, la tasa de contracción de la pieza disminuye a medida que aumenta el grosor y cuando oscila entre 95A y 74D, la tasa de contracción aumenta ligeramente a medida que aumenta el grosor.

El canal principal es el pasaje que comunica la boquilla de la máquina de moldeo por inyección con el subcanal o las cavidades dentro del molde: este canal se expande hacia adentro en un ángulo de más de 2 grados para facilitar la eliminación de residuos del canal. El subcanal en moldes de múltiples cavidades conecta el canal principal con cada cavidad y deben estar igualmente espaciados o equilibrados en el molde. La sección transversal de los canales puede ser redonda, semicircular o rectangular, y su diámetro ideal debe estar entre 6 y 9 mm. La superficie del canal debe pulirse como la de la cavidad del molde para reducir la resistencia al flujo del material y aumentar la velocidad de llenado del molde.

El pozo de material frío es una cavidad situada al final del canal primario y destinada a almacenar el material frío sobrante generado entre dos disparos y evitar que provoque la obstrucción del subcanal o la compuerta. El material frío introducido en la cavidad también puede crear rápidamente la tensión interna del producto. Lo ideal es que el pozo de material frío tenga un diámetro de 8-10 mm y una profundidad aproximada de 6 mm.

El punto de inyección se identifica como el paso que conecta el canal principal o secundario con la cavidad. Normalmente tiene un área transversal menor que la del canal y constituye la sección más pequeña del sistema de canales; además, debe ser corto. El punto de inyección puede tener cualquier forma, como rectangular o circular, y sus dimensiones dependen del espesor de los productos. Para productos con espesor < 4mm, diámetro = 1mm, y para espesores de 4-8mm, diámetro = 1. Para un espesor de pared inferior a 8 mm, el diámetro es 1. 4 mm; para espesores comprendidos entre 8 mm y 4 mm, el diámetro es 2, y para espesores superiores a 4mm es 2. 0-2. 7 mm. La posición del punto de inyección suele determinarse en la parte más gruesa del producto que no afecte significativamente ni al valor estético ni a la función, a 90 grados respecto a la pared del molde, para eliminar las cavidades de contracción y las marcas de remolino.

Los respiraderos son aberturas en forma de ranura en el molde para liberar el aire dentro de la cavidad del molde, ya que su atrapamiento es probable que cause defectos tales como huecos, líneas de soldadura pobres, o el llenado incompleto del molde, y la quema en el producto debido a la compresión del aire que resulta en la generación de calor y, a su vez, provoca el desarrollo de la tensión interna. El venteo puede realizarse en el terminal del flujo de la masa fundida en la cavidad o en la superficie de separación del molde, generalmente, tienen 0. 15 mm de profundidad y 6 mm de anchura.

Condiciones de moldeo por inyección de TPU

Los parámetros de temperatura, presión y tiempo del moldeo por inyección de TPU son esenciales para lograr una plastificación, fluidez y refrigeración correctas. Su ajuste influye directamente en el aspecto y el rendimiento de las piezas de TPU. Si el proceso se desarrolla correctamente, los productos finales deben presentar un aspecto uniforme, con un tono homogéneo entre blanco y beige.

Temperatura

Los parámetros que pueden regularse durante el moldeo de TPU son la temperatura del barril, la temperatura de la boquilla y la temperatura del molde. Los dos primeros actúan en gran medida sobre la plastificación y el flujo del TPU, y el tercero afecta a su flujo y velocidad de enfriamiento.

1. Temperatura del cilindro: La temperatura se selecciona según la dureza del TPU; cuanto mayor es esta, mayor suele ser su temperatura de fusión y, por tanto, la del cilindro. El intervalo habitual de procesamiento es de 177-232 °C. Normalmente, la temperatura aumenta gradualmente desde la tolva o parte trasera hasta la boquilla o parte delantera para que el TPU se caliente de manera uniforme durante la plastificación.

2. Temperatura de la boquilla: Suele ser ligeramente inferior a la temperatura máxima del cilindro para evitar el goteo cuando se utiliza una boquilla abierta. Si se emplea una boquilla de cierre automático, puede ajustarse dentro del intervalo de temperatura máxima del cilindro.

3. Temperatura del molde: Influye notablemente en las propiedades y la rugosidad superficial de las piezas de TPU, en función de factores como la cristalinidad y el tamaño de la pieza. Suele regularse mediante un fluido refrigerante a temperatura constante, por ejemplo agua. Los TPU de mayor dureza presentan distintos grados de reticulación y requieren temperaturas diferentes: para Texin 480A se recomiendan 20-30 °C; para 591A, 30-50 °C; y para 355D, 40-65 °C. El intervalo típico para piezas de TPU es de 10-60 °C. Una temperatura demasiado baja hace que parte de la masa fundida solidifique prematuramente, genere líneas de flujo y limite el crecimiento de esferulitas, reduciendo la cristalinidad y causando contracción posterior y variaciones de rendimiento.

Presión

La presión o fuerza en el moldeo por inyección comprende la presión de plastificación, también denominada contrapresión y presión de inyección. Al retirar el tornillo, la presión en la parte superior de la masa fundida es la contrapresión, controlada por la válvula de rebose. Una mayor contrapresión aumenta la temperatura de la masa fundida, disminuye la velocidad de plastificación, proporciona mejores temperaturas en la masa fundida, ayuda en la mezcla de colorantes y ayuda en la eliminación de los gases presentes en las masas fundidas, pero prolonga el ciclo de moldeo. Cabe señalar que la contrapresión del TPU varía generalmente entre 0,3-4 MPa.

Tiempo

El tiempo que se tarda en realizar una inyección se denomina ciclo de moldeo. Esto incluye llenar el molde, mantenerlo, enfriarlo y otros tiempos (como abrir el molde, sacar la pieza, cerrar el molde, etc.). Afecta a la cantidad de trabajo que se realiza y a la utilización de la máquina. Los ciclos de moldeo de TPU dependen de la dureza del material, el grosor de la pieza y su complejidad. Los materiales más duros requieren menos tiempo, las piezas más gruesas requieren más tiempo y las piezas complicadas requieren más tiempo. La temperatura del molde también afecta al ciclo. Los ciclos de moldeo de TPU suelen ser de 20-60 segundos.

Tratamiento posterior de las piezas

Debido a la plastificación desigual en el barril o a las diferentes velocidades de enfriamiento en la cavidad del molde, el TPU presenta a menudo una cristalización, orientación y contracción desiguales, lo que provoca tensiones internas, especialmente en piezas de paredes gruesas o con insertos metálicos. Estas piezas pueden presentar propiedades mecánicas reducidas, vetas plateadas en la superficie o incluso deformaciones y grietas durante el almacenamiento y el uso. Estos problemas pueden resolverse mediante el recocido de las piezas. La temperatura de recocido depende de la dureza del TPU; a mayor dureza, mayor temperatura.

Moldeo por inserción

Para cumplir los requisitos de resistencia para el montaje y el uso, las piezas de TPU suelen necesitar insertos metálicos. Los insertos metálicos se colocan en el molde en el lugar deseado y, a continuación, se inyecta el TPU alrededor de ellos para formar una sola pieza. Las piezas de TPU con insertos pueden tener problemas si el TPU no se adhiere al metal porque el metal y el TPU tienen propiedades térmicas diferentes y se contraen a velocidades diferentes. Puedes solucionarlo calentando los insertos metálicos antes de ponerles el TPU, haciendo que la diferencia de temperatura sea menor cuando inyectes el TPU, enfriando el TPU más lentamente alrededor del metal, haciendo que el TPU se encoja uniformemente y no ejerciendo demasiada tensión sobre el TPU alrededor del metal.

Reciclar y reutilizar la chatarra

Cuando se procesa el TPU, la chatarra de los corredores principales, los subcorredores y las piezas defectuosas puede reciclarse y reutilizarse. El experimento muestra que el material reciclado 100% sin mezcla de material nuevo sólo presenta una ligera disminución de las propiedades mecánicas, lo que resulta adecuado para su uso. Para mantener las mejores propiedades físicas y mecánicas y las mejores condiciones de inyección, la proporción de reciclado recomendada es de 25-30%. El material reciclado debe ser del mismo tipo y grado que el material nuevo, evite utilizar material reciclado contaminado o recocido, y no almacene el material reciclado durante demasiado tiempo. Es mejor granularlo y secarlo para su uso inmediato. El material reciclado suele tener una viscosidad de fusión más baja, por lo que es necesario ajustar las condiciones de moldeo.

Aplicaciones prácticas del TPU en diversos campos

Las propiedades únicas del TPU han llevado a su aplicación generalizada en numerosos campos. A continuación se exponen las principales áreas de aplicación y un análisis detallado:

Industria del automóvil

1. Salpicaderos y paneles de control: Gracias a su flexibilidad y resistencia a la abrasión, el TPU puede utilizarse en componentes interiores de automóviles. Ofrece un tacto agradable y disipa la energía de los impactos, lo que mejora la seguridad. Además, absorbe ruidos y vibraciones para proporcionar una conducción más cómoda.

2. Juntas de faros: Las juntas del conjunto del faro deben resistir la intemperie y sellar eficazmente. El TPU soporta tanto el calor como el frío e impide que el agua de lluvia penetre en el faro, prolongando su vida útil. Su resistencia a los rayos ultravioleta también evita la degradación y el amarilleamiento tras una exposición prolongada al sol.

3. Parachoques: El TPU se utiliza ampliamente en la industria del automóvil, especialmente para fabricar parachoques. Su elevada elasticidad le permite absorber mucha energía durante un impacto y proteger el vehículo. Su excelente resistencia a la abrasión aumenta además la durabilidad del parachoques y reduce los daños para peatones y otros vehículos, mejorando la seguridad.

Industria médica

El TPU se utiliza sobre todo en aparatos y artículos médicos que se utilizan una vez y luego se desechan en el ámbito médico. Esto hace que sea apropiado para la fabricación de catéteres, tubos de infusión, guantes quirúrgicos, entre otros artículos que tienen que ser biocompatibles y fácilmente esterilizables. He aquí algunas aplicaciones específicas:

1. Catéteres médicos: Son muy flexibles y biocompatibles, por lo que pueden permanecer largo tiempo en el organismo sin provocar reacciones. Los catéteres de TPU no reaccionan químicamente con los fluidos que circulan por ellos, conservan su integridad mecánica en numerosas aplicaciones médicas y no causan molestias al paciente.

2. Guantes quirúrgicos: Los guantes de TPU son suaves y resistentes, proporcionan flexibilidad y comodidad al cirujano y ayudan a reducir la contaminación bacteriana. Su resistencia a perforaciones y productos químicos los hace más seguros y fiables durante las intervenciones.

3. Tubos de infusión: El TPU conserva sus propiedades durante la infusión y no interactúa con los reactivos, algo esencial para fabricar estos dispositivos. Los tubos de TPU utilizados en operaciones quirúrgicas dificultan la adherencia de sangre y fármacos, reduciendo así el riesgo de infección.

Industria electrónica y eléctrica

1. Fundas para teléfonos: El TPU es idóneo porque puede ser transparente y absorber impactos. Sus fundas protegen el teléfono frente a daños por caídas sin alterar su aspecto ni su tacto. Además, el material admite numerosos colores y diseños según las necesidades.

2. Cubiertas de cables: Debido a su elevada resistencia a la abrasión y al aceite, el TPU se utiliza ampliamente para revestir cables. Estas cubiertas protegen los cables en condiciones climáticas difíciles y aumentan su durabilidad. El TPU mantiene su flexibilidad a temperaturas altas y bajas, por lo que resulta adecuado para aplicaciones industriales.

Calzado y textil

1. Suelas de calzado deportivo: La elasticidad y la gran resistencia a la abrasión hacen del TPU un material muy apropiado para estas suelas. Son ligeras y resistentes, ofrecen una amortiguación suficiente durante la actividad física y resultan cómodas. Además, pueden fabricarse con distintas estructuras para adaptarse a los requisitos de cada deporte.

2. Textiles funcionales: Las películas de TPU se utilizan ampliamente como material impermeable y transpirable en prendas para deportes al aire libre y usos militares. Son aptas para condiciones muy exigentes y mantienen estas propiedades incluso en entornos de elevada humedad y tensión.

Conclusión

Debido a las mejores propiedades que posee el TPU, se utiliza ampliamente en la industria del moldeo por inyección. Las tecnologías en constante evolución y el dominio del moldeo por inyección y sus problemas de procesamiento, los campos de aplicación del TPU se ampliarán aún más. En el futuro, el lugar del TPU en el proceso de moldeo por inyección será útil, cuando las nuevas tecnologías y la demanda de los clientes aumenten, ofreciendo un alto rendimiento en diferentes campos.

El conocimiento de las características básicas del TPU, la tecnología de moldeo por inyección, sus aplicaciones y procesamiento, los problemas y sus soluciones, así como su evolución y tendencias futuras, favorecerá un uso más amplio de este material de alto rendimiento y abrirá nuevas posibilidades en el sector. Este artículo pretende ayudar a los profesionales a incorporar y utilizar el TPU en el avance del moldeo por inyección.

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