La importancia del Tiempo de Permanencia

La importancia del Tiempo de Permanencia , el Parámetro 0culto

 

Este factor es a menudo no tenido suficientemente en cuenta en las Plantas de Inyección , sin embargo es un factor determinante de la calidad del proceso en tanto que puede afectar a las propiedades del material y por tanto de las piezas fabricadas .

 

En el entorno de la fabricación es reconocida la influencia en la calidad y en la productividad  de los factores , persona, material, maquina, método .Centrándonos en el factor material, al margen de la selección correcta del material  y del secado o tratamiento previo del material ,  el factor determinante en el proceso de inyección será  la temperatura del material fundido y el tiempo de permanencia del material en la unidad de inyección  .

En un proceso de inyección ideal , una vez que el proceso ha sido definido , con el paso de los minutos desde el arranque de la fabricación , el proceso se sitúa en una estabilidad térmica , tanto del molde como del material  . Los inputs térmicos  se equilibran en un determinado punto con los outputs , es decir la aportación térmica de las resistencias de la unidad de inyección , de la energía térmica generada en el interior de la unidad de inyección por el husillo, se compensa con la refrigeración del molde, de la traversa, etc .

Cuando se produce un defecto en el proceso , normalmente focalizamos la búsqueda de la causa del mismo en múltiples potenciales causas , tales como , parámetros de inyección , secado del material , diferencias de características del material , estado del molde ,sistema de refrigeración ,  etc. , etc.

Sin embargo existe un factor que a veces pasa desapercibido de nuestra atención en la búsqueda de la causa raíz del problema ,  este factor es el Tiempo de Permanencia . Tiempo que no controlamos directamente y que algunos llaman “ El parámetro Oculto “ .

Que es el Tiempo de Residencia? , en mis seminarios siempre explico que este tiempo es el tiempo que tardaría un pellet de material en entrar por  el agujero de la tolva en el husillo y salir convertido en pieza . Es por tanto el tiempo que el material está siendo sometido  a temperatura y presión  .

Los fabricantes de polímeros suelen informar de los tiempos máximos de permanecia de sus materiales a las temperaturas de proceso , esto es debido a que la degradación molecular y de los aditivos incluidos en la formulación del polímero se producirá en un tiempo determinado en función de la temperatura utilizada. Se trata de una relación inversa  tiempo-temperatura . A mayor temperatura menor tiempo de permanencia disponible para procesar el plástico antes de que entre en zona de degradación .

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Fuente:Dupont

En la figura podemos ver  que este material  estándar entraría en zona de degradación a los 10 minutos de Tiempo de Permanencia a 280 º C y a los 8 minutos a 290 º C .Para material Flame Retardant los tiempos son menores debido a la degradación más rápida  de los aditivos ignifugantes .

Entrar en la fase de degradación térmica del material por exceso de Tiempo de Permanencia provoca irremediablemente una serie de consecuencias

Inicialmente tendremos una  pérdida de propiedades del material  por pérdida de peso molecular y degradación de los aditivos de la formulación , es decir propiedades mecánicas, térmicas, etc se verán irremediablemente afectadas .

Podremos observar también un aumento de la fluidez del material , consecuencia esta también de la degradación molecular producida. Esto puede provocar , rebabas, gases , marcas de expulsión , etc .

La presión necesaria para llenar la cavidad será menor como consecuencia de la perdida de viscosidad

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Fuente:Dupont

En el grafico podemos ver la caída de presión necesaria para llenar la cavidad con diferentes tiempos de permanencia  (HUT) y diferentes temperaturas. Esta caída de presión necesaria para llenar la cavidad está relacionada directamente con la pérdida de peso molecular .

Generalmente cuando hay un defecto en las piezas procesadas,  el ingeniero de proceso mira en múltiples direcciones buscando la causa  , cuando esta podría  estar en el Tiempo de Permanencia excesivo.

Los defectos típicos que puede provocar un exceso de tiempo de permanencia pueden ser:

Rebabas: Causa raíz, la caída en la viscosidad debida a la degradación molecular  y perdida de aditivos

Quemados,marcas de gases:   Causa raíz, incremento de los  volátiles en el frente de flujo , más fluidez del material

Piezas con fragilidad: Causa raíz, la caída de peso molecular hace que las propiedades mecánicas caigan drásticamente , impacto, flexión y tracción se verán drásticamente reducidas

Decoloración ,Olor : Causa raíz,  degradación de aditivos y monómeros

 

Calculo del Tiempo de Permanencia :

El cálculo del tiempo de permanencia  teórico se puede realizar con diferentes hojas de calculo .

En teoría el cálculo debe tener en cuenta , el volumen o peso del material contenido en la unidad de inyección( complejo calculo al disponer de material en diferentes estado de fusión , semi fundidos, etc, por tanto con diferentes densidades  y contenido en un cilindro con un husillo o enrollamiento helicoidal con diferentes alturas de filete en función de la zona del husillo ),debe tener en cuenta  el volumen o peso de la inyectada y por supuesto el tiempo de ciclo en curso .

 

 

Claramente si el tiempo de permanencia de nuestro proceso es excesivo , tenemos que intentar reducirlo de diferentes modos

Reduciendo el Tiempo de Ciclo ( No siempre es posible )

Reduciendo el volumen de la unidad de inyección ( Utilizar una maquina con unidad de inyección menor)

Aumentar número de cavidades  ( No siempre es posible)

Aumentar el tamaño de los canales o coladas ( Improductivo)

 

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Por esto es tan importante la selección de la maquina a utilizar en un proyecto como se explica en el artículo publicado en esta misma revista …. “Que maquina utilizar?”

Cuando el volumen a inyectar en un molde para un nuevo proyecto nos obliga a invertir en una nueva máquina , es importante al definir la unidad de inyección tener en cuenta el tiempo de permanencia que tendremos en la fabricación .

Esto es especialmente importante con materiales sensibles térmicamente. He visto algún caso de unidades de inyección sobredimensionadas con tiempo de permanencia excesivos que han provocado no poder fabricar piezas con repetitividad , calidad , robustez y productividad suficientes .

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En resumen , el Tiempo de Permanencia es un factor , en realidad es un out-put ,  que frecuentemente está oculto en el proceso y puede provocar serios problemas de calidad en las piezas fabricadas . Es interesante focalizarse en el cuando aparecen defectos como los comentados a fin y efecto de descartarlo en el caso de que el valor sea correcto o por el contrario detectarlo en el caso de ser el causante del problema .