Defectos de Inyección de plástico: Rechupes

Los rechupes o defectos de inyección por marcas de hundimiento, son depresiones que se forman en la superficie de la cara opuesta de una zona de acumulación de masa, al contraer la pieza de plástico durante el enfriamiento. Es decir la capa externa se desplaza hacia adentro por las tensiones de enfriamiento.

Esto afecta negativamente a algunas tolerancias lineales, así como tolerancias geométricas, planitud, paralelismo… en la zona donde se produce el rechupe.

Es uno de los defectos típicos de inyección, y en ocasiones viene determinado por el propio diseño de pieza, en un cruce de nervios, o por tabiques secundarios de refuerzo con un espesor semejante o superior al de la pared donde apoya.

No obstante, puede haber otras causas como:

• Solidificación lenta durante el proceso.
• Tiempo de demasiado corto de la presión de mantenimiento.
• Ramal y entrada de inyección insuficiente, por su dimensionado.

Por tanto, para evitar que el bebedero y ramal a pieza solidifiquen prematuramente, es necesario dimensionar correctamente los canales con una sección adecuada, y lo mas amplía posible según geometría de cada pieza.

Además el aumentar la presión de mantenimiento, ayuda en la disminución del citado rechupe.

Rechupes (Sink Marks)_Zatec technical plastic injection

Otros puntos a tener en cuenta que pueden ayudar para minimizar estas marcas de hundimiento, son la homogeneización del espesor general con un cambio de dimensión gradual si fuera necesario. Además de dimensionar los nervios o paredes secundarias adecuadamente, aplicando vaciados donde sea posible. Por otro lado, si la entrada de inyección se ubica en la zona de mayor espesor, o cerca de ésta, recibiendo material fundido durante el mayor tiempo posible, compensando la contracción, evitaremos o minimizaremos este defecto.

También conviene revisar, no solo el diseño de pieza y parámetros de máquina, otros aspectos como el material en algún cambio de lote, secado adecuado, molde, periféricos o combinación de varios factores, también deben tenerse en cuenta a la hora de caracterizar un defecto en nuestro 8D para la resolución de problemas.

Cualquier duda o consulta donde necesite optimizar el diseño y ahorrar costes, estamos a su disposición. Contacta con nosotros

Moldes con cámara caliente en inyección de plásticos

Los moldes con cámara caliente en inyección de plásticos, son aquellos que tienen sus canales y mazarota en estado fundido, para distribuir el material que proviene desde la unidad de inyección de máquina hasta el llenado de las cavidades, donde se enfría y solidifica la pieza.

Hay que tener en cuenta que este sistema es como una extensión de la propia máquina de inyección en el molde. De hecho, la misión del molde es enfriar la pieza según contracción del material(un punto importante a considerar), mientras que la cámara caliente necesita aportar calor al material mediante resistencias, termporares…para que permanezca en estado fundido.

Cámara Caliente_fuente Mold Masters/ Milacron

La cámara caliente se compone de varios elementos, aunque en este artículo nos centraremos en las boquillas. Éstas, pueden alimentar directamente a pieza o a ramal, reduciendo un camino excesivo que pudiera recorrer el material por la necesidad de llenado, según geometría o tamaño. De esta manera, se minimiza el desperdicio o mermas que se producen en moldes de colada fría, donde hay que clasificar o separar la colada. En muchas aplicaciones, se indica expresamente o se aconseja emplear solo material virgen, bien por la aplicación final, debido a los esfuerzos a los que podría estar sometida la pieza de plástico, o bien por el tamaño de la propia pieza, donde el ramal generado puede ser incluso mayor.

En este punto, destacamos la boquilla con válvula o valvulada. En este tipo de boquillas, la aguja se mueve hacia adelante mediante un movimiento mecánico y cierra herméticamente el orificio de la entrada. Permanece en esa posición durante la apertura del molde y expulsión, dejando en pieza una pequeña marca visible del diámetro de la entrada, evitando el vestigio de la entrada de inyección, así como otros problemas estéticos derivados de este punto.

Boquilla Caliente_Zatec

Por todo ello, la cámara caliente es un elemento clave en el proceso de moldeo por inyección, ya que permite reducir el desperdicio favoreciendo la economía circular y cumpliendo con uno de los objetivos de desarrollo sostenible, como el ODS 12 – Producción y consumo responsable.

Si tienes un proyecto que requiera de una pieza técnica en plásticos de ingeniería, es probable que te propongamos un molde con cámara caliente, por la experiencia acumulada en diversos materiales como PBT, PA…

Para cualquier consulta, no dudes en contactar con nosotros.

Plásticos de Ingeniería: PBT

PBT son las siglas de Tereftalato de polibutileno, uno de los termoplásticos de ingeniería que inyectamos con diferentes aditivos como fibra de vidrio en Zatec como empresa de inyección de plásticos técnicos para diferentes aplicaciones como electrónica, automoción, hornos, grifería…

¿Como se obtiene?

El PBT se obtiene por la policondensación(proceso químico en el que varios monómeros se agrupan entre sí dando lugar a una molecula de mayor peso), del ácido de tereftalato o el dimetiltereftalato con butanodiol, empleando un catalizador especial. Todos ellos con origen en la industria petroquímica.

Características

Las características son muy variadas dependiendo del grado concreto de PBT, no obstante las mas importantes se podrían resumir en los siguiente puntos:

• Baja absorción de humedad y resistencia al agua, incluso a elevadas temperaturas con grados resistentes a la hidrólisis.
• Buena Resistencia a agentes químicos.
• Muy buena resistencia a la intemperie y excelente comportamiento al envejecimiento, con buen rendimiento eléctrico y térmico a largo plazo.
• Alta rigidez y resistencia, sobre todo en los grados reforzados con fibra de vidrio, permiten elevadas cargas mecánicas incluso a elevadas temperaturas, así como una muy buena estabilidad dimensional
• Grados de retardantes a la llama, también libre de halógenos para el sector eléctrico/electrónico.
• Se pueden emplear masterbatch para colorear, en base PBT. Solo en el caso de los retardantes a la llama, hay que tener muy en cuenta que no cambien su condición, según la carta amarilla UL.
• Grados con fibra de vidrio demuestran excelentes propiedades de creep, gracias a su baja absorción de humedad y elevada rigidez a temperaturas ambiente. También bajo carga a elevadas temperaturas.
• Temperatura de Uso en continuo de aproximadamente 120 ºC según el tipo de PBT. Pudiendo llegar a picos de unos 150-160ºC durante algunas horas de funcionamiento.
• Contracción,  según sea grados sin reforzar (1,8-2%, transversal/longitudinal) o reforzados con fibra de vidrio(0,5-0,9%).

Aplicaciones de inyección de plásticos donde empleamos este material

Industriales,  como por ejemplo carcasas para bombas de presión,  separadores para la puerta y mandos del horno, componentes en grifería y sanitarios.

Electrónica, conectores de conexión, interruptores, sensores…

Automoción, principalmente para sistemas mecatrónicos, diferentes carcasas para actuadores del espejo retrovisor y accionamiento de elevalunas, piezas de interior en el reposacabezas…

Para más información o si tienes un proyecto a desarrollar por moldeo de inyección, no dudes en contactar con nosotros.

Tampografía

Es un proceso industrial donde se transfiere la tinta a la pieza, sea regular, irregular, cóncava o convexa…, de manera indirecta a través de un tampón, y es comúnmente empleado como actividad complementaria en la inyección de plásticos para el marcaje de piezas de plástico. Es una solución sencilla, precisa y más o menos económica.

Máquina tampografría – Pad printing

 Proceso

Básicamente y  de manera resumida, una vez preparada la tinta para la máquina todo depende del movimiento de un tampón a una velocidad determinada. Tampón que se mueve en automático recogiendo la tinta por contacto con el cliché que contiene el grabado a reproducir. Este grabado se transfiere de nuevo por contacto del tampón a la pieza. Ésta, se encuentra colocada en la posición adecuada en un pequeño útil para grabar el marcaje deseado. En ocasiones es necesario realizar más de una tamponada para que la cesión y adhesión de la tinta sea la adecuada, esto se produce por la evaporación de diferentes agentes, como endurecedores, disolventes… contenidos en la propia tinta.

Para ello, y previamente al proceso descrito, es necesario disponer de un diseño con su plano y dimensiones que generará un fotolito. Algo así como un negativo del grabado a reproducir  en una plancha de pequeño espesor, denominado cliché. Que es donde el tampón, por contacto, copiara  y cederá el grabado a la pieza según hemos descrito anteriormente.

Componentes

Tampón, es el elemento estrella y que da nombre al proceso. Hecho generalmente de silicona, su función es la de copiar el grabado con la tinta necesaria a transferir al producto final. Su forma, tamaño y dureza(determinada por el color del mismo) de debe adaptar perfectamente a la geometría de la pieza de plástico.

Ejemplo de tampografia para pieza de plástico sector automoción

Tinta, es el medio en estado liquido con el que damos color al área a reproducir en la pieza. Se formula según el material de la pieza donde se “imprimirá” para tener una correcta adherencia, y en ocasiones requiere de un secado mediante aporte de calor. Es importante en su preparación controlar ciertos detalles como la temperatura del entorno, limpieza…

Cliché, es la plancha de pequeño espesor que citábamos al principio, donde tiene grabada la forma que queremos copiar en la pieza.

Máquina, es donde están ubicados todos los elementos anteriores y se lleva a cabo todo el proceso repetitivo de cesión de la tinta a la pieza inyectada.

En Zatec desarrollamos diferentes proyectos donde se realiza el moldeo por inyección y que además lleva asociado una tampografía como actividad complementaria, principalmente para sectores como electrónica o automoción. Cualquier consulta, si podemos ayudar no duden en contactar con nosotros

Introducción Proyecto Varimit 4.0

El proyecto europeo AEI-010500-2021-116 más conocido como VARIMIT 4.0  donde ha participado ZATEC, como empresa de inyección de plásticos técnicos junto con CITSALP, CEP, e ITAinnova. Este proyecto tiene un marcado carácter de economía circular cuyo objetivo es trabajar en cómo el reciclado en la industria de plástico puede mitigar algunas de las barreras con las que habitualmente se encuentra para conseguir introducir materiales reciclados en más aplicaciones dentro de sectores como el de automoción, y contribuir, de esta forma, a los objetivos de reciclabilidad y economía circular marcados por la Comunidad Europea para el sector. En este caso, el foco principal del proyecto es estudiar la variabilidad de los materiales reciclados desde diferentes perspectivas para establecer medidas y metodologías apropiadas para mitigarlas, realizando los siguientes pasos:

• Analizar las fuentes de variabilidad en el proceso de reciclado asociados al origen de los materiales, sus características, y su proceso de mezcla y aditivado hasta constituir un grado comercializable.
• Aplicar técnicas de análisis de datos y machine learning al histórico de datos existente en una empresa recicladora para explorar la posibilidad de extraer reglas de mezclas que permitan digitalizar el proceso.
• Investigar qué ensayos son más apropiados para cuantificar y monitorizar la variabilidad de un material en la industria recicladora.
• Cuantificar la variación de lote a lote, y a lo largo del tiempo, de propiedades objetivo de un material a comercializar, bajo unas especificaciones definidas.
• Establecer procedimientos para aproximar los datos de los ensayos realizados con modelos de material (digitalización) para su uso en simulación que incorporen la variabilidad de forma intrínseca.
• Proponer metodologías de simulación de proceso, o producto, que incorporen la variabilidad para analizar la robustez de estos.

ODS-Objetivos de Desarrollo Sostenible 7 y 13

Además,  este proyecto va en línea con  una filosofía de respeto hacia el medioambiente y hacia el concepto de economía circular sin comprometer la calidad de los productos finales de consumo. El hecho de incluir materiales reciclados en los procesos de fabricación también supone un ahorro económico en adquisición de materias primas en el sector industrial y minimiza la extracción de recursos naturales adicionales, es decir, este proyecto está comprometido con la reducción del impacto ambiental del ciclo de vida de sus productos, alineado con la estrategia europea H2030 y con los retos propuestos por la Comisión Europea, mediante el desarrollo de nuevos productos con un mayor valor diferencial respecto a los comercializados actualmente.

Dentro de este proyecto cabe destacar dos conceptos clave marcados en los objetivos de desarrollo sostenible (ODS) definidos en la nueva agenda 2030 aprobada por Naciones Unidas:

• Crecimiento Económico acelerando la Transformación Digital de nuestra Industria y nuestra Sociedad como medio de asegurar su competitividad y sostenibilidad presente y futura (ODS 8 y 9).
• Protección del medio ambiente, centrándose en el diseño circular de materiales, componentes y sistemas para la producción limpia de energía; así como en el desarrollo de tecnologías para la correcta gestión de los residuos (ODS 7) y a la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero (ODS 13).

Fluidez, Carga, Impacto y Contracción para la variabilidad de la granza, según las fuentes y las mezcalas realizadas

Conclusiones

las conclusiones finales y resumidas del estudio se recogen a continuación:

• Se ha conseguido desarrollar un modelo de predicción de propiedades de material reciclado que recoge las no linealidades de las propiedades finales del material fabricado a partir de fuentes de materiales que a su vez presentan su propia variabilidad en sus propiedades.
• Se ha demostrado que las propiedades de mezclas propuestas por el modelo de predicción son equivalentes a los obtenidos experimentalmente.
• La simulación del proceso de inyección en pieza considerando la variabilidad de los lotes caracterizados, ha dado como resultado datos de presión similares entre sí, con diferencias entre los valores máximos y mínimos en torno al 3.5%. Además, la presión máxima en el llenado es solo un 18 % superior a la del material virgen con el que normalmente se inyectan dichas piezas. En el análisis dimensional de las cotas de las piezas inyectadas, se ha observado que todas las cotas seleccionadas cumplen los rangos de tolerancia cuando se emplea el material virgen para la inyección. Esto demuestra la validez del modelo.

• Los datos de las caracterizaciones a tracción de los lotes de material analizados muestran que cuando se fabrican mezclas en el laboratorio la homogeneidad en el material es superior, lo que produce resultados de tracción más acordes a los esperados en un material de polipropileno. . Los datos de la caracterización mecánica de los lotes de material del histórico de CITSALP seleccionados reflejan la variabilidad en sus propiedades tanto en las determinadas habitualmente (fluidez, porcentaje de cargas inorgánicas, resistencia al impacto y contracción) como en las propiedades mecánicas. A partir de la caracterización mecánica de las fuentes que componen el material reciclado es posible determinar o aproximar las propiedades finales del material fabricado, tal y como se ha demostrado en el informe.
• Las mezclas industriales desarrolladas mediante el modelo de predicción y con la herramienta de gestión de mezclas para ajustar las propiedades conforme a las cantidades de fuentes disponibles, han reflejado los objetivos perseguidos, es decir, la reducción en la variabilidad del material.

Pieza de inyección de plástico, simulación proyecto Varimit 4.0

• La caracterización mecánica de la zona de clipado de la tapa de la pieza demostradora del proyecto ha revelado que la rigidez del material reciclado es mayor a la del virgen. Asimismo, se ha observado que la variabilidad en los resultados mecánicos del componente es poca, al igual que se ha visto en la caracterización mecánica de los materiales.
• Los resultados de simulación del ensayo mecánico en pieza se han alimentado con las curvas de tracción de los materiales con los que se han inyectado las piezas y con las curvas de tracción de las mezclas desarrolladas en el laboratorio. En el primer caso, las mezclas eran muy similares entre sí, con resultados mecánicos menos variables, En el segundo, el objetivo era obtener mezclas lo más diferentes posible cumpliendo los criterios de aceptación de propiedades finales del grado comercializable de material reciclado CIPLEN®370. Con los primeros datos, el modelo obtiene una curva de rigidez superior a la experimental. Esto puede ser debido a que las condiciones de contorno introducidas en ANSYS sean más restrictivas (en términos de rigidez, cómo la restricción de movimientos) que el ensayo real. En el análisis con los datos introducidos del segundo caso, se hace un análisis de la variabilidad. En este caso se obtiene una variabilidad máxima del 36 % entre valores máximos y mínimos. Este resultado pone de manifiesto la importancia de conocer dicha variabilidad y que se puede determinar en la etapa de diseño.
• Finalmente, los modelos de predicción de propiedades de mezclas se han integrado en una herramienta desarrollada para gestionar la composición de mezclas, con el objetivo de poder utilizarlos para reducir la variabilidad. Dicha herramienta permite la modificación de ciertos criterios para adaptarse a las preferencias de la empresa recicladora en función de sus prioridades en cada momento. En base a recalcular bajo diferentes escenarios el histórico completo de fabricaciones de CITSALP, Se ha comprobado como consigue reducir la variabilidad de propiedades significativamente.

PPS (sulfuro de polifenileno)

Dentro de la gama de plásticos de ingeniería con los que trabajamos para diferentes aplicaciones, os vamos hablar de uno de los materiales que trabajamos en ZATEC con mejores prestaciones mecánicas, hablamos del  Sulfuro de Polifenileno. Mas conocido como PPS, y que generalmente tiene 40% de fibra donde enseguida podrán reconocerlo por su característico sonido metálico al dejar caer la pieza sobre una superficie.

Características

Depende del grado de PPS, no obstante y como características generales:

Tiene un gran comportamiento mecánico a elevadas temperaturas, por encima de los 200ºc, llegando incluso a alcanzar picos de temperatura de 260ºC con buena estabilidad dimensional, por lo que es adecuado para tolerancias estrechas para una amplia variedad de aplicaciones y mercados, como automoción por citar un ejemplo.

Es un termoplástico con poca absorción de agua con buena resistencia a la hidrólisis tiene excelente resistencia a diferentes agentes químicos(no a todos, es aconsejable consultar a fabricante según la aplicación final), por tanto la pieza moldeada por inyección de plástico puede estar presente en ambientes con bastante corrosión.

Por otro lado, es inherentemente retardante a la llama, V0 segun UL94. Es decir, no necesitaremos aditivos añadidos para que sea ignífugarlo como otros materiales.

Finalmente a destacar, por si fuera poco lo citado anteriormente, es su excelente resistencia al Creep o plastodeformación en elevadas temperaturas.

Procesado

Por temas de know-how, no podremos entrar en excesivo detalle con temas de parámetros, entrada de inyección…, no obstante los fabricantes suelen dar muy buena información sobre ello, donde queremos destacar lo siguiente:

A pesar de su baja absorción de humedad se recomienda un adecuado secado previo a la inyección, como muchos otros materiales. El molde donde se realizará la inyección de plástico debe ser un acero adecuado para la elevada temperatura en molde, con la necesidad de refrigerar con aceite. Esta temperatura en molde es especialmente importante para que su aspecto superficial no se vea afectado, si está muy frío o no con la temperatura adecuada el aspecto será granulado o similar.

Desde nuestra modesta experiencia, cualquier proyecto o consulta según aplicación donde se requiera una pieza inyectada en PPS con fibra de vidrio, estamos a vuestra disposición, no dudes en contactar con nosotros.

The acetal(POM) in plastic injection molding.

The polyoxymethylene (POM), known as acetal, is one of more common thermoplastics  used in ZATEC, for our processes of technical plastic injection molding. This material is assembled in some applications where it is necessary  a good tribological behaviour. Therefore, is used to reduce the effects of wear and friction,  due to contact between different components, to begin the movement (static coeficient) or during the movement (dinamic coefficient).

Other important point to bear in mind, is the resistance to chemical agents, due to these parts are used in assemblies where greases and oils are applied. If you need a good resistance to chemical agentes, the POM is a good choice depending on final exact application. In this phase is where we can collaborate with our customers thanks to our expertise of more than 30 years.

The POM is a material of elevated stiffness, hardness, and toughness with an elevated density(1,42 gr/cm3), and therefore goo good resistantce to creep, besides of good behaviour to hydrolysis. By this reason is used in several applications in automotive like gears in the power windows, components in fuel tank…

Homopolymer and Copolymer POM

Sometimes the differences are not so clear, depending on commercial agent of each brand, with different opinions about it. More or less, we can say as follows:

Homopolymer POM, it has better tensile strength, ultimate elongation, weariness and hardness.In general, best mechanical properties. Nevertheless, the injection process is more complicated than copolymer.  Altougth, if the material is degradated by an incorrect process, the gas formation is a warning for worker with a tipical smell by mentioned degradation.

POM-Copolymer, has best stability thermical and degradation, increasing the  useful life of plastic parts in long-term effects,  besides of more chemical resistance. On the other hand, POM-copolymer is processed more easily than homopolymer.

Colored

The POM(homopolymer and copolymer)  is not a material to colour easily like other thermoplastics. When we use masterbatch, the composition of color pigments  can influence in the quality of melted material, due to some additives could affect to degradation of POM.

If you have a project that requires a plastic part injectd with this raw material, we will be pleased to help you.  Do not doubt to contact us.

The injection machine

The machine ofplastic injection, besides of peripherals, is the hearth of an injection molding company where the raw material is plastified, filling the cavity or cavities of tooling to meet the adequate geometry.

The injection machine has, basically, two different parts above the bench:
The injection unit to the right of fix plate,where the raw material is feeding through a hopper, thanks to nozzle this raw material is heated due to movement and resistances around it, to fill the cavity of toolind, in the end of process.
La unidad de cierre To the left of this mentioned fix plate, is where we can locate the tooling with his movements open, ejection and close and therefore to keep the adequate pressure to counteract the push forze into the mold during the tecnical plastic injection.
Besides of control screen where we can programm and see the parameters of machine, carrying out communication worker with injection machine.

Types of injeciton machines, Eléctricals vs Hydraulics

The 100% electrical injection machines eléctricas are machines with a low consume of oil (only to grease some mechanical elements in contact). These machines have less componentes and therefore less maintenance with an optimum energetic performance,only with electrical consumption if these machines are working(about 50% less than hydraulics). These machines have adventages like more precision and repetitibility due to movements controlled by electrical servomotors. This is important based on the type of piece to inject and final market. For example in our case ZATEC, where we are injectioning little technical parts in engineering plastics, such as low viscosity thermoplastics like polyamide.

The hydraulic injection machines are not worst than electrical, simply there is an exact application to each market and final application. Some adventages are as folow, more economical and probably we do not need an expert due to is a technology with many years in the market. Similar to garages to repair the vehicles. Many companies of big pieces are working with these machines due to necessary clamping force and limitation of electrical injection machines about the size.
It is very important to talk about hybrid injection machines, with some electrical movements and obviously hydraulic, meeting goof cycle time and precision. It is ineteresting option for plastic parts with a “medium size” and more elevated clamping force than small piece of little grammage.

In this article we do not deepth in other possible clasifications of machinery to avoid extend us too much.

How to chose the adequate injection machine?

This question has implicit other common questions What is the type of piece that we need inject? What is the necessary molds to inject our parts? What raw materials we inject? it is not the same a small piece with thin wall with demanding tolerances than other big part with generous tolerances.

The geometry of piece, thickness, raw material, cavities… and therefore the tooling, like important part of injection process, will indicate us nos several important key points to ber in mind in our injection machine. As you can see we talk in general about some factors, like for example:

La Distance between Tie bars, is the distance or the space to prepare the tooling for manufacturing, based on size of plates.

Lenght of opening machine, the maximum distance of separation between mobil plate and fix plate to act the ejection.In some books the recommendation is this distance will be at least two times the deepth of piece.

Thickness tooling, distance between plates where the machine keeps the tooling closed.

Clamping Force (tons) per each process,  where the mobil plat and fix plat are joined, the machine generates a force to counteract the inner pressure in cavities, avoiding the opening of molde. If the pressure is more elevated in the interior, the tooling could be opened, generating burrs. If the clamping force is excessive, there is no exit of gases, and the the diesel effect is generated. Each company must look for the adequate clamping force in each case.

It is importan to remark that is not necessary to use all force of injection machine each time that we inject. In fact, with more clamping force, we will have more wear, by this reason we should not work no with 100% of capacity. If we see the next formula Force = Pressure x Area, with more pressure in cavities, we will need more clamping force.

Volume or grammage of injection, the maximum mass per type of material that we can inject

Volume of plastification, to charge the thermoplastic without degradation,it willd depend diameter, geometry and rotation velocity of screw, besides of raw material. Then, we will nedd to chose the adequate screw for our injection unit.

Injection velocity (mm/s), velocity of screw to advance and filling the tooling with the melted plastic. Check the flow of machine in their characteristics.

And of course, an adequate after sales service of manufacturer.

According to our current injection machines, any project where we can collaborate, we will be happy to help you. We are at your disposal, do no doubt to contact us.

Concluido el proyecto Europeo  DIGI REC 4.0, cuyo número de expediente es AEI-010500-2020-191, donde ZATEC ha participado junto con el Centro Español de Plásticos (CEP), ItanInnova y Citsalp,  exponemos a continuación un resumen y conclusiones del mismo.

PRESENTACIÓN 

Este proyecto tiene como objetivo principal maximizar la reciclabilidad de materiales plásticos empleados en procesos de moldeo por inyección, lo que implica maximizar la reducción de su impacto medioambiental, favoreciendo la circularidad del plástico y facilitando la producción energéticamente limpia. 

Los fabricantes de piezas de plástico normalmente utilizan material reciclado proveniente de sus propias piezas de rechazo y/o ramales, pero no conocen en qué proporción pueden mezclarlo con el material virgen sin comprometer (i) las características mecánicas del producto y (ii) la procesabilidad de la fabricación de las mismas. Un exceso de material reciclado puede suponer un empeoramiento en las características mecánicas del producto a fabricar y por otro lado puede generar problemas de procesabilidad en las máquinas de inyección que den lugar a defectos dimensionales o estéticos. Por miedo a ello, normalmente se emplea menos material reciclado del que sería posible. 

Por este motivo, el reto que ha sido abordado en este proyecto es la investigación experimental de la variación de propiedades de un material plástico con el reciclado, y la introducción y utilización de técnicas digitales que permitan conocer cuál es la cantidad máxima admisible de material reciclado que el producto y el proceso son capaces de admitir. 

OBJETIVOS 

los objetivos específicos de este proyecto son:

Establecimiento de procedimiento para la recuperación de desechos en planta y regranceado posterior para dosificación precisa de mezclas de material virgen con distintos porcentajes de material reciclado. 

Investigación de la procesabilidad de las diferentes mezclas realizadas para garantizar que la introducción de material reciclado es inyectable con las mismas garantías que el material virgen. 

Estudio de las propiedades mecánicas y físico-químicas del nuevo material obtenido, (material reciclado), para comparar con las del material virgen y análisis de los posibles cambios físicos en el material reciclado tales como transiciones térmicas y/o aparición de subproductos de oxidación (degradación). 

Ajuste de modelos para digitalización de los materiales reciclados, habilitando su uso en simulaciones del proceso de inyección con las diferentes mezclas de material reciclado en pieza de componente final. 

Creación de herramienta (basada en simulaciones de elementos finitos) con la que se pueda maximizar la cantidad de material reciclado garantizando la óptima procesabilidad en máquina de inyección 

Verificación en planta industrial de los porcentajes máximos de reciclado a conseguir. 

METODOLOGÍA 

Para ello, en el proyecto se ha seguido el plan de trabajo mostrado en la siguiente ilustración:

CONCLUSIONES 

Para el material seleccionado en este estudio (polipropileno con talco), inicialmente se preveía que podría existir una degradación evidente durante el reciclado que provocara una merma de propiedades, lo que conllevaría tener que alcanzar un compromiso entre la cantidad que se reintroduce, las propiedades que se obtienen y los cambios en el proceso de inyección que fuera necesario efectuar. 

Sin embargo, las investigaciones experimentales realizadas en el proyecto DIGI-REC han mostrado que, si se recicla en condiciones adecuadas, las propiedades del material permanecen muy estables. De hecho, el resultado fundamental ha sido que el material 100% reciclado prácticamente tiene las mismas propiedades que el virgen, con lo cual podría reintroducirse en cualquier porcentaje en el proceso de inyección. 

A la vista de este resultado se decidió ampliar la investigación y simular ciclos de reciclado para comprobar si se aprecia acumulación de degradación. Los resultados obtenidos en relación a las propiedades relacionadas con la procesabilidad (viscosidad, pvT, CTE, …), para hasta seis ciclos de regranceado, mostraron sólo ligeros cambios. El análisis de las propiedades mecánicas, en este caso realizadas hasta doce ciclos de reciclado, tampoco mostraron una merma apreciable. Esta investigación confirmó nuevamente la estabilidad de las propiedades de este material con el número de ciclos de reciclado. 

A pesar de la poca influencia encontrada en las propiedades de material, se completó el proceso inicialmente previsto de digitalización del material y la creación del gemelo digital del proceso de inyección de la pieza demostradora. Los ligeros cambios en propiedades como la viscosidad, pvT o CTE provocan según las simulaciones del proceso de inyección realizadas también pequeños cambios en la calidad estimada de la pieza. No obstante, a nivel metodológico se completó el estudio y el desarrollo de la herramienta para su aplicación a futuro a otros materiales que puedan ser más susceptibles a sufrir degradación durante el reciclado. 

Desde un punto de vista de la metodología desarrollada, la digitalización de los materiales reciclados y la generación de gemelos digitales del proceso, se prevé aporte notables beneficios para otros materiales que sufran mayor degradación, ya que permite aunar en una herramienta ágil los requerimientos de procesabilidad y calidad dimensional de la pieza para maximizar el porcentaje de material reciclado reintroducido. 

Many times we receive a drawing with demanding tolerances, a 3D design that turn on all alarms, for example  big accumulation of mass, with paralelism, perpendicularity or flatness in raw materials like polyamide with high percent of glass fiber. By this reason, we think it is necessary to bear in mind some considerations about design of  injection molding based on more than 25 years of knowledge, that probably it could be of help.

In ZATEC we can advise to customer collaborating in this first phase of design, checking the feasibility analysis to optimize the design of piece, according to adequate raw material depending onf inal application and our process of injection molding, to reduce the investment if it is possible. As you can read as follow, we have remarked some examples about it:

Thickness

although sometimes it is not possible to avoid changes of thickness, is very important to have homogeneus thickness without sudden cahnges always it will be possibe. An irregular thickness could generate problems like deformations due to differences of shrinkage in the mentioned thickness, or sink marks in the opposite face.

Sharp Edges,

the sharp edges are stress concentrations (Kc) weakening the piece. Although we can do radii in some areas could complicate the mold, also we improve the design considerably.  It is necessary to take acocunt the big accumulation of mass in the perimeter when we round this area. A good example is a plastic part like a box, and the barrel efect.

Nerves

If we want a rigid piece, it is better to add nerves like reinforcement than increase the thickness. It is very important to bear in mind the crosses of nerves due to possible accumulation of mass, that as you know, this accumulation can generate asthetic defects. In areas with flat surfaces, besides of mentioned nerves, it is necessary to take account the cooling in mold with variations of temperatute, location and size of injection gate(s) and the chosen of adequate engineering plastic based on final application.

Towers and spigots

It should be designed to avoid big accumulation of mass, bubbles… theredore the important consideration is the difference between exterior radius and inner radius.

considerations about design of injection molding

Threaded

if it is possible, avoid the thread’s pitch too thin.  In case of female thread, avoid the fillet ends up to final of piece by possible breaks. In case of  male threads demolded by sliders, can be stopped at height of union line, avoiding if it is possible the problem of wear. As we have mentioned, is important to avoid the sharpd edges with weak mechanical properties, by this reason a good option is to reduce them.

Parts with Inserts

The inserts must not weakening the around material, by this reason the optimum thickness of around material of insert, it must be verified. The shrinkage of plastic on the metal can generate an overflow. This overflow could be removed, doing a ribbed uniform and crossed in the insert part.  Based on our knowledge, it is recommended to heat the insert before injectioning.

If we can help you with a project of plastic part, based on our expertise of engineering plastics and injection molding, do not hesitate to contact us like company of technical plastic injection located in Muel, Zaragoza (Spain), where we can collaborate actively with our customers.