Desarrollo de perchas sostenibles con Wood Plastic Composites (WPC) mediante el proceso de inyección asistida por gas

Benavent Fernández, E. (Dpto. de Diseño e Inyección de Aimplas)

10/10/2014

La creciente demanda de materiales plásticos para todo tipo de productos genera una gran cantidad de residuos plásticos que en muchas ocasiones exceden la capacidad de los vertederos. A veces no es factible la separación en origen de plásticos para valorizar estos residuos a través del reciclado mecánico y emplear el plástico en otras aplicaciones. Además, las exigencias cada vez más altas de las piezas inyectadas hacen que sea una práctica muy común el uso de piezas complejas constituidas por varios materiales, lo cual hace imposible la separación de materiales para el reciclado. Una de las medidas propuestas para disminuir la generación de residuos plásticos es el empleo de la tecnología de inyección asistida por gas. Mediante esta técnica se consiguen piezas con una menor cantidad de material plástico, manteniendo las prestaciones suficientes para su uso final.

Debido al fuerte incremento en precio en las resinas convencionales los últimos años (de entre el 30 y 80%) y a la competencia directa de los mercados asiáticos, muchas empresas se inclinan por buscar alternativas. La sociedad en general y en particular la industria plástica tiene actualmente una peligrosa dependencia del petróleo y es por esto que se hace imperativo desarrollar alternativas a los materiales convencionales para disminuir esta dependencia.

Por otra parte, entre el 10 y 15% del total del mercado europeo de materiales compuestos está formado por los compuestos de madera-plástico (WPC) y los compuestos de fibra natural (NFC). El volumen total de la producción de WPC en Europa fue de 260.000 toneladas en 2012 (más de 90.000 toneladas de compuestos de fibras naturales para la industria automóvil). Las matrices poliméricas más comúnmente empleadas están basadas en PVC y poliolefinas.

Mayoritariamente el proceso de transformación de los WPC es la extrusión pero se utiliza cada vez más el proceso de moldeo por inyección para la fabricación de piezas técnicas, muebles y electrónica para el hogar.

El uso de los WPC aportará al producto final una reducción del coste, debido al empleo de una menor cantidad de resinas convencionales y al menor coste de las fibras de madera. A su vez, el uso de estos materiales dará lugar a acabados superficiales similares a la madera, lo que aportará una mejora estética al producto final.

Debido a la nueva tendencia del mercado para poder competir dentro del mismo, se tiene que ofrecer un 'valor añadido' distintivo a los productos; el uso de materiales termoplásticos compuestos con fibras procedentes de fuentes renovables junto con la tecnología de inyección asistida por gas. En este proyecto se han ensayado diferentes mezclas de WPC.

En el desarrollo de este proyecto se han tenido en cuenta varias innovaciones principales:

  • Empleo de materiales termoplásticos convencionales junto con fibras de madera (WPC). Este tipo de materiales proporcionan al producto final una mejora estética (símil madera).
  • Emplear la tecnología de inyección asistida por gas, disminuye la cantidad de residuos generados. Actualmente para reciclar los materiales termoplásticos convencionales tienen que pasar por la recuperación, la reutilización y el reciclaje. Esto es un problema logístico que no permite una recogida y reutilización total de todos los materiales termoplásticos convencionales puestos en el mercado.
  • Mantener la inyectabilidad de los materiales tradicionales actuales con los WPC.

El proceso de inyección asistida por gas empleado en el proyecto se denomina 'Inyección gas a 2 tiempos' . En la Figura 1 se muestra una comparativa entre el proceso de inyección convencional y el proceso de inyección asistida por gas. Como se puede observar, el principal objetivo de esta tecnología es la reducción de material empleado.

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Comparativa entre la inyección convencional y el proceso de inyección asistido por gas.

Se debe tener presente que el proceso asistido por gas es solamente una modificación del sistema de moldeo por inyección convencional y que los principios básicos no cambian por el hecho de emplear un gas en la segunda fase de llenado del molde. El gas aporta una solución para reducir o eliminar ciertas características defectuosas del proceso convencional. En el proceso convencional se tienen en cuenta consideraciones básicas como la geometría del producto, el espesor de las paredes, la localización de los puntos de entrada, la longitud del flujo dentro del molde y las salidas de gases.

El proceso de inyección asistida por gas presenta las siguientes ventajas:

  • Uso de máquinas con un menor tonelaje.
  • Menores presiones de inyección.
  • Mejora en la calidad de las piezas.
  • Reducción del tiempo de ciclo frente a secciones sólidas.
  • La disminución de tensiones internas en la inyección provoca una estabilidad dimensional excelente.
  • Flexibilidad en el diseño.
  • Contracciones uniformes en toda la pieza debido a que la presión aplicada es uniforme.
  • Menores fuerzas de desmoldeo.
  • Ahorro de material y de peso de pieza.

Aimplas ha trabajado en un proyecto de investigación con esta nueva tecnología aplicada a la fabricación de perchas. El proyecto con acrónimo WPC-GAS (referencia IDI-20111621) y de ámbito nacional ha consistido en la fabricación de perchas con WPC mediante la tecnología de inyección asistida por gas que sean más respetuosas con el medio ambiente. Se trata de un proyecto financiado por el Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (CdTI) y que ha sido desarrollado dentro de la categoría de CdTI individual con empresa en el que están participando la empresa Plasticos Erum S.L. y Aimplas como Centro Tecnológico de Investigación.

Aunque en todos los foros políticos y económicos se está de acuerdo en la promoción de la reutilización, reciclado o compostaje con el fin de reducir la acumulación de RSU en vertederos, todavía hay mucho trabajo por hacer desde el punto de vista científico y tecnológico para que los objetivos marcados por las Directivas comunitarias 1999/31/EC y la más reciente 2008/98/EC sean alcanzados. En estas directivas se describe entre otras cosas los tipos de vertederos, que residuos son admisibles o no en los distintos tipos de vertederos, las autorizaciones necesarias para su vertido, los costes asociados y los procedimientos de control y mantenimiento de vertederos. Además, se incluye una extensa definición de los tipos de residuos, la clasificación de los subproductos generados, las opciones de reutilización, reciclado, o eliminación de residuos, los costes asociados, la gestión de los residuos, la prevención de residuos, las inspecciones…

Una alternativa considerada para conseguir una reducción en la generación de residuos es el uso de la tecnología de inyección asistida por gas, mediante la cual se reduce el consumo de material plástico.

Resultados del proyecto WPC-GAS

Resultados del proyecto WPC-GAS

Relativo a las particularidades que el proceso de inyección asistida por gas junto con los WPC ha supuesto a la hora de desarrollar perchas procedentes de fuentes renovables, las principales conclusiones obtenidas han sido:

  • Se ha conseguido superar uno de los principales retos técnicos del proyecto, obtener perchas inyectadas con la tecnología de inyección asistida por gas con el empleo de los WPC.
  • Con el empleo de la tecnología de inyección asistida por gas se ha disminuido la generación de residuos plásticos, ya que mediante esta técnica se consiguen piezas con una menor cantidad de material plástico, manteniendo las prestaciones suficientes para su uso final.
  • El uso de los WPC ha aportado al producto final una reducción del coste debido al empleo de una menor cantidad de resinas convencionales y al menor coste de las fibras de madera. A su vez, el uso de estos materiales ha dado lugar a acabados superficiales similares a la madera, lo que ha proporcionado una mejora estética al producto final.
  • La nueva percha desarrollada ha conseguido reducir hasta un 40% el impacto de huella de carbono con respecto a su versión de referencia.
  • Las propiedades finales del compuesto seleccionado cumple con las especificaciones que requiere Plásticos Erum para su aplicación final.
  • Ofrecer a sus clientes unos productos con claro valor añadido que contribuyan al desarrollo de la estrategia medioambiental de sus propios clientes.
El uso de los WPC aportará al producto final una reducción del coste, debido al empleo de una menor cantidad de resinas convencionales y al menor coste de las fibras de madera

Empresas o entidades relacionadas

Centro para El Desarrollo Tecnológico Industrial
Instituto Tecnológico del Plástico

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