Soluciones a los problemas de desmoldeo
Abhesión es el antónimo de adhesión, haciendo referencia, por tanto, a las cuestiones relacionadas con la ausencia de cohesión o adherencia entre dos materiales. En un examen de documentación relacionada con los plásticos de los últimos treinta años no hemos sido capaces de hallar algún estudio sobre este tema, aunque quizá exista. En el único caso en que estaba prevista una conferencia sobre el particular, la ICAC 88 de Leeuwenhorst, el conferenciante no apareció y el texto no fué distribuído. Ha existido, por tanto, poco interés en tratar este tema, puesto que es una problemática que se presenta de modo poco frecuente en el moldeo de termoplásticos y de modo muy irregular en el de termoestables. Sin embargo, no todos los problemas de desmoldeo están directamente relacionados con la abhesión. Con mayor frecuencia se deben a las contracciones de enfriamiento en los termoplásticos o de reticulación en los termoestables.
En el primer caso, al no existir de modo general adhesión del material a las paredes del molde, que suele estar construído con materiales metálicos y por tanto, se evacúan además las cargas electrostáticas que podrían generarse por rozamiento, los problemas de desmoldeo suelen deberse a la contracción de enfriamiento del material y, supuesto un diseño correcto del molde, una lubricación adecuada suele solucionar el problema.
Sólo en casos muy excepcionales, como piezas pequeñas con contrasalidas imprescindibles para su funcionalidad y que no puedan resolverse mediante correderas, se utilizan elementos de polímero inerte flexible, como un elastómero de silicona o de polifluorocarbono, que compaginen la forma interna de la pieza con la externa del molde y se extraen de la pieza moldeada y reincorporan al molde.
En el moldeo de los termoestables juega un papel principal la adhesividad de la resina en relación con el material del molde. Esto es particularmente crítico en el moldeo de resinas epoxi, en todos los casos, en algunos tipos de poliuretanos y en el poliéster insaturado, especialmente cuando el molde está construído con el mismo material o con otro material poroso, como la madera o la escayola utilizadas para prototipos.
En el caso de plásticos reforzados con fibras puede tener importancia, e incluso peligrosidad, la generación de cargas electrostáticas derivadas de la fricción que sufren las fibras durante su impregnación con la resina. Si no existe algún modo de descargarla, existe constancia de casos en que se han producido descargas violentas en el momento de desmoldear la pieza, además de generar una cohesión de la pieza con el molde que puede dificultar extraordinariamente su extracción.
La porosidad es el principal causante de problemas
Pero la principal causa de problemas de desmoldeo en esta industria es la porosidad del molde. Es muy práctico, y por tanto muy frecuente, utilizar moldes de plástico reforzado para la fabricación de piezas con molde abierto o por RTM. Durante la confección de la primera capa del molde, la gel-coat utilizada suele tener una tixotropía elevada y, por ello, se aplica a brocha sin utilizar disolvente o proyectándola a pistola previamente diluída. En cualquiera de los dos casos es prácticamente imposible que no se dé lugar lugar a microporos, sea de la evaporación del disolvente durante la gelificación o de el aire disuelto en la resina que escapa al aumentar la temperatura. Las soluciones pasan por la aplicación de calor localizado y por breve tiempo en la superficie externa de la gel-coat antes de que fragüe o, a posteriori, utilizar un tapaporos.
Cuando se fabrican las primeras piezas son muy frecuentes los problemas de desmoldeo debidos a que la resina de impregnación penetra en estas porosidades y causa unos problemas de adherencia que suelen desaparecer cuando sucesivas aplicaciones de cera ocupan la porosidad. En cualquier caso, la microporosidad acorta la vida útil del molde, porque la cera ocluída acaba reaccionando con el estireno contenido en la resina y causa una eflorescencia típica que resulta en la producción de matizados en la superficie de las piezas.
Otros materiales de molde que generan problemas debidos a la porosidad son la madera, la escayola o la fundición de aluminio. En estos casos, la única solución es el uso de tapaporos de baja viscosidad, que suelen contener disolventes, por lo que cuando éstos evaporan no quedan totalmente llenos los poros, siendo necesarias aplicaciones reiteradas.
La alternativa de los desmoldeantes internos
En el prensado de piezas de complejos de moldeo (SMC, BMC) no pueden utilizarse ceras, debido a la elevada temperatura del molde, por lo que estos materiales se formulan con un desmoldeante interno (ácido esteárico o sus sales de cinc o magnesio) que funde y migra a la superficie de la pieza, evitando la adhesión. Una técnica similar se utiliza en la fabricación de perfiles por pultrusión, en que la hilera tiene una temperatura suficientemente elevada para provocar la fusión y migración del desmoldeante interno.
En todos estos casos, la presencia en la superficie de los desmoldeantes dificulta extraordinariamente la pintura del producto si, como puede suceder, es necesaria. También pueden dar lugar a una reducción de la resistencia mecánica del material e incluso a una pérdida de dimensiones por migración si el equilibrio entre el tipo y cantidad de desmoldeante interno y la temperatura del molde o hilera no es correcto, con lo que queda desmoldeante residual en el interior de la pieza.
Cuando W.Brandt Goldsworthy presentó a la SPI en 1956 su invención de la pultrusión anticipaba ya esta problemática y sus primeras máquinas iban equipadas con hileras de polifluorocarbono, cuya transparencia electrónica le permitía, además, utilizar radiofrecuencia para el fraguado de las resinas.
La lubricación como solución
En el moldeo de termoplásticos puede ser útil una cierta lubricación, siempre que no genere problemas de contaminación superficial de las piezas. Por tanto es muy importante la selección del lubricante. En algunos procesos, como la fabricación de tubos por bobinado, el uso de un lubricante, especialmente al molibdeno, entre la película de desmoldeo y el molde puede facilitar su extracción.
La máxima eficiencia se obtiene con grasas de silicona, pero los restos de grasa que inevitablemente quedan en la superficie del producto pueden contaminar mediante su simple manejo a cualquier otro producto que, si debe ir pintado, puede ocasionar problemas de muy difícil solución. Sin embargo, la grasa de silicona fué, en su día, esencial para evitar un elevado porcentaje de rechazos en la fabricación de bandejas de PRFV prensadas, que fueron las primeras piezas composite fabricadas por este procedimiento para aplicaciones no militares.
Armado con este conocimiento, uno de los primeros suministradores de plástico de SEAT utilizó silicona para desmoldear unas piezas de BMC. Siendo amigo del jefe de pintura de la planta, le preguntó un día cómo iba el trabajo y el hombre contestó, desesperado "No sé quién usa silicona ni en que pieza, pero todos los coches me salen con cráteres en la pintura". Nuestro moldeador se marchó de puntillas y no volvió a utilizarla.
Las dispersiones como alternativa
Una solución válida cuando se utilizan moldes metálicos son las dispersiones de polifluorocarbonos, que suelen comercializarse en spray puesto que solían ir disueltas en Freon para proporcionar mayor finura de capa. Entendemos que se habrán hallado disolventes alternativos, como los GLP, que estén de acuerdo con la legislación actual.
Se han utilizado con éxito en numerosas aplicaciones por sus características de inercia química, que permite evitar tanto la adhesión como su incorporación permanente al producto, y por sus cualidades de deslizamiento. En casos extremos, como el desmoldeo por tracción de tubos de composite, es exigible una superficie de elevada calidad, preferentemente cromada y pulida.
Otro de los campos de utilización de este tipo de desmoldeantes, no necesariamente a base de fluorocarbonos, es el de prácticamente todos los procesos de moldeo de PUR.
Desmoldeo en frío con ceras
Las ceras proporcionan superficies contínuas totalmente antiadherentes si su aplicación es correcta. Como se ha indicado antes, los productos comerciales (encáusticos) incorporan disolventes para permitir su aplicación, siendo el residuo cera del conjunto el que tiene validez, por lo que puede ser necesario una aplicación y pulimentado repetitivos para obtener buenos resultados, especialmente en las primeras aplicaciones.
Los productos que se comercializan suelen ser una pasta compuesta de ceras de diverso peso molecular para permitir la formación de una película de cera de gran dureza, generalmente la de carnauba, con porcentajes de disolvente (xilol, white spirit) relativamente elvados. Las ceras de carnauba y algunas sintéticas duras no son solubles por el estireno que contienen los UP, pero su misma dureza hace difícil extenderlas correctamente, por lo que se suelen vehicular en ceras de menor consistencia que faciliten su aplicación. Por tanto, es necesaria una buena cantidad de fricción durante su aplicación para que la película desmoldeante tenga suficiente presencia de estas ceras.
Un problema del uso de las ceras es que, de modo prácticamente invariable, quedan restos de cera en la superficie de la pieza, que deben eliminarse si las piezas han de lacarse o encolarse.
Filmógenos y recubrimientos, otra posibilidad
La formación de una película insoluble en las resinas puede combinarse con la aplicación de cera para asegurar un desmoldeo más fácil. Habitualmente, este sistema se utiliza en pocos casos porque es muy difícil que no queden marcas superficiales, pero puede ser útil cuando las piezas deban lacarse o encolarse posteriormente.
Pueden utilizarse a este efecto soluciones acuosas de algunos materiales celulósicos, como metil o carboximetil celulosa, o alginatos. Sin embargo, lo más frecuente es utilizar soluciones de alcohol polivinílico, que es insoluble en disolventes orgánicos y sólo soluble, prácticamente, en agua.
En la formulación de soluciones de PVA suelen emplearse grados parcialmente hidrolizados, con alrededor del 13% de PVAC residual, plastificando la solución con glicerina y utilizando alcohol butílico como antiespumante y, eventualmente, un tensioactivo adicional para mejorar la mojabilidad. El agua de solución puede incorporar etanol para su destilación azeotrópica, facilitando el secado de la película aplicada.
Un modo de obtener una aplicación correcta sobre moldes ya encerados es a tampón, utilizando una esponja, siendo poco aconsejable la proyección a pistola, que tiene tendencia a no humectar correctamente la superficie.
Varios fluoroplásticos pueden emplearse como recubrimientos antiadherentes permanentes y se emplean, generalmente, sobre superficies metálicas de mandrines e hileras, aunque su aplicación requiere una importante especialización.
El desmoldeo mediante películas
En la fabricación de plancha ondulada de PRFV se utilizan películas plásticas como portadores de la fibra y la resina durante la impregnación, que constituyen al mismo tiempo el medio resistente que permite aplicar forma a la lámina impregnada antes de su fraguado.
También se utilizan películas en forma de banda, que se enrolla en espiral, para la fabricación de tuberías y depósitos en PRFV. Proporcionan una excelente calidad de superficie interna y facilitan la extracción de la pieza del mandrín evitando la adhesión a éste.
Estas películas se descartan o eliminan después de la fabricación, con la excepción de la película de polifluoruro de vinilo PVF (Tedlar) que, adherida térmicamente a la superficie de PRFV, le confiere una resistencia a la intemperie tan importante que su vida útil registrada es, hasta ahora, de más de treinta años, es decir, desde la comercialización del material.
Los materiales más utilizados son las películas de celulosa, que tienen que estar impermeabilizadas y tratadas para evitar que se adhieran al material y, especialmente, las películas de politereftalato de etilen-glicol PETP (Mylar, Hostaphan, Melinex, Terphane). La calidad de superficie de estos poliesteres termoplásticos es tan elevada que las resinas UP no se adhieren y las epoxi, con dificultad. La superficie obtenida, por otra parte, no tiene contaminación alguna, por lo que puede efectuarse su eventual lacado sin otra preparación que matizar el brillo.
Productos auxiliares
Complementarios a los desmoldeantes son los materiales tapaporos, que en caso de modelos de escayola o madera suelen ser goma laca o materiales de la misma familia. Para los moldes de poliéster, epoxi o fundición de aluminio existen pocas soluciones económicas o fáciles: la selección de la aleación en el primer caso o los cuidados en la fabricación del estratificado, arriba indicados, para el segundo son soluciones preventivas de la porosidad y las más recomendables.
Existen aleaciones de aluminio que se caracterizan, precisamente, por estar exentas de poros pero, inevitablemente, se produce un cierto nivel de contaminación superficial de las tierras de los moldes de colada y, especialmente, de sus ligantes. Como alternativa, hay en el mercado aleaciones de otros metales con bajo punto de fusión y también merece consideración la fabricación de moldes electroformados por galvanoplastia.
Otro problema planteado por los desmoldeantes es su eliminación. Los productos tradicionalmente empleados -gasolinas, tricloroetano, CFC's (Freon) y otros- son peligrosos para la salud y el medio ambiente, por lo que la disposición de los solventes usados constituirá un problema cada vez más importante.
Se encuentran ya en el mercado nuevos sistemas con fluídos de clase AII y AIII, sin disolventes clorados, fluorados o aromáticos que, aplicados por inmersión o aspersión permiten una limpieza superficial satisfactoria y no crean problemas de disposición del producto usado.
