Materiales y técnicas avanzadas de termoconformado

Se desarrollan procesos para los termoplásticos de difícil moldeo

El termoconformado es uno de los sistemas de moldeo más versátiles de la industria de plásticos. Mediante el mismo se producen desde diminutos blísters farmacéuticos o alimentarios hasta embarcaciones con esloras que sobrepasan los 4 m, o spas con 5 m² de superficie, así como interiores de nevera o piezas para automoción

- El proceso precisa partir de material semielaborado y esto hace menor su competitividad con los procesos de plastificación con cámara y tornillo, además de que el estiraje que implican estos sistemas hace difícil obtener los espesores deseados, regulares o no. Sin embargo, su versatilidad y el bajo coste de los moldes hace que sea el procedimiento de selección para piezas de gran superficie o de pequeña serie, así como para muchos procesos de envasado bajo película. Remitimos al lector a los informes publicados en Plásticos Universales nº^s 36 y 38 para una más amplia información.

Limitaciones técnicas de los materiales

A diferencia de los termoplásticos amorfos, casi elastoméricos a temperaturas cercanas a su Tg, los semicristalinos tienen una transición brusca desde su TM a la fusión, por lo que su termoconformado es muy difícil. La deformación se realiza en la denominada "ventana térmica" que abarca las temperaturas admisibles y en su zona inferior, materiales relativamente rígidos pueden aceptar un estiramiento mayor del 100% sin riesgo de formación de grietas. En la zona superior se reduce la elongación y la resistencia a la rotura de los materiales tratados. Cuanto más elevada es la temperatura de transformación, mayor resistencia al calor tienen los moldeados debido al incremento del flujo isotrópico durante el proceso.

Todos los objetos termoconformados son anisotrópicos y presentan una entropía elástica reversible (memoria de forma), de modo que al recalentarlos vuelven en parte a su forma original o totalmente por encima de su Tg o Tm. La forma final se obtiene por enfriamiento bajo tensión en el molde, muy por debajo de estas temperaturas.

Entre los plásticos parcialmente cristalinos, el PE-HD y el PP pueden moldearse con algunas limitaciones, pero los plásticos de tipo de caucho cuya Tg queda por debajo de su temperatura de servicio no pueden ser termoconformados. Los semirígidos como el PVC plastificado pueden imprimirse con embutisajes, rigidizarlos mediante estiraje mono- o bi-axial en el estado termoelástico y su memoria de forma se utiliza para producir tubos retráctiles para el recubrimiento de barras o el envasado.

Las tensiones de orientación residuales generadas por el moldeo o por los elementos de manejo de la lámina en los semi-acabados deben hacerse revenir con equipos especiales. Por ejemplo, las láminas para pisos de PVC plastificado se calientan a 70º o 100º C antes del corte.

La chapa extrudida se contrae al calentarla para el moldeo en un 3% en longitud y un 1% en anchura, excepto la de acrílicos cast que se contraen un 2% en cada dirección.

Procesos especiales de termoconformado

Las características técnicas de algunos tipos de plásticos han obligado a desarrollar procedimientos especiales como los que se exponen a continuación.

El conformado con lámina apoyada se utiliza para moldear láminas muy orientadas (OPS) o térmicamente sensitivas (PP, PE), que se calientan apoyándolas sobre una chapa perforada. Al alcanzar la temperatura de moldeo se aplica la lámina contra el molde hembra aplicando aire comprimido a través de la chapa o haciendo el vacío entre lámina y molde.

En el conformado por deslizamiento se aplica una presión limitada al marco de cierre de modo que permita deslizarse a la lámina caliente al aplicar la presión diferencial, ocupando parcialmente la cavidad. Se completa la presión de cierre del marco y el moldeado se termina por estiramiento de la lámina. El proceso es similar a la embutición de chapa metálica con pisador.

Los plásticos que revientan con facilidad (PET, PA) se conforman mediante moldeo con membrana o diafragma, en el que la lámina se apoya sobre una gruesa membrana caliente de neopreno, dispuesta en la cara opuesta a la cavidad del molde. Al introducir presión entre la membrana y la cámara inferior se obtiene un estirado muy regular y se hace posible una embutición profunda.

El moldeo con láminas gemelas es una técnica que compite con el moldeo rotacional si se utiliza para láminas gruesas. Dos láminas se calientan en paralelo y, al llegar a la estación de soplado y/o vacío, se juntan por sus bordes mientras que se introduce entre ambas un microtubo de soplado, por medio del que se suministra aire comprimido que hace conectar a ambas láminas con moldes hembra enfrentados. Las piezas huecas así producidas suelen tener una profundidad limitada y pueden rellenarse con espuma de PUR para darles mayor consistencia.

Una técnica similar se aplica al envase, permitiendo la recuperación del desperdicio de recorte de las distintas películas de plásticos que se precisan para darles propiedades diferenciadas de estructura y barrera. Los materiales de barrera más efectivos son plásticos incompatibles (EVOH, PA, PP, PET, PVDC). Láminas individuales de los plásticos que han de formar el envase, alimentadas en rollos, pasan individualmente por calentadores sandwich y se moldean conjuntamente. A la salida del molde se troquelan y separan las piezas, que están adheridas por contacto, y las membranas de películas sobrantes se separan y enrollan individualmente para su recuperación.

El formado por impacto (DOW STP) a alta velocidad imita a los de deformación metálica. A presiones del orden de 1,75 MPa o más, el proceso se asemeja al embutido de hojalata. Si se llega hasta unos 14 MPa, el proceso se convierte en algo similar a la forja y se ha demostrado que pueden fabricarse productos útiles.

Termoformado de materiales reforzados

Casi todos los materiales que se termoforman carecen de cargas o refuerzo de fibras. Las excepciones son el PP-FV (reforzado con fibra de vidrio) o el PA-CF (reforzada con carbono) para aplicaciones del automóvil. Estas laminas deben calentarse a temperaturas superiores a las de fusión del polímero y forjarse entonces, a presiones elevadas para movilizar las rígidas fibras de refuerzo.

Otras fibras menos rígidas, tales como las de PET, PA-66 y HDPE altamente orientado pueden reforzar plásticos de baja o muy baja Tg sin requerir condiciones atípicas de termoconformado, aunque con menores características mecánicas debida a la elevada elasticidad de estas fibras. Otros materiales, como los polímeros de cristal líquidos, son autorreforzantes, orientándose sus moléculas alargadas en la dirección del estirado.

Los plásticos amorfos tienen esencialmente estructuras similares al vidrio y se sabe que el vidrio amorfo caliente no es penetrado por una barra fría si se aplica a gran velocidad. Esta técnica funciona también con algunos plásticos, tales como PS y PET. Si la varilla se articula durante la penetración, puede conformarse mecánicamente un envase de fondo cuadrado. El desarrollo de nuevas aleaciones poliméricas puede permitir tambén el de nuevos métodos de termoconformado.