Ventilación de moldes o salidas de gases, conceptos (Parte 2)

Existen técnicos que creen que las piezas con pequeños recorridos no requieren salidas de gases, mientras que las piezas grandes con recorridos extensos necesitan muchas. En realidad, la necesidad de ventilación depende principalmente de la velocidad de llenado y del caudal de plástico dentro de la cavidad. Es fundamental que el caudal de aire ventilado sea equivalente al caudal de plástico que ingresa en la cavidad. Aunque esta sea pequeña, el aire no puede salir lentamente.

Si el aire no logra evacuarse correctamente, se genera una sobrepresión que, aunque en parte ayuda a forzar su salida, también provoca un sobrecalentamiento debido al efecto de calor adiabático (las moléculas de aire comprimido chocan con mayor fuerza entre sí). Además, al calentarse, el aire se expande, lo que aumenta aún más la presión dentro de la cavidad.

Dentro de un molde de inyección, el aire puede comprimirse tanto que sobrecalienta rápidamente y provoca la combustión instantánea del plástico adyacente. Este fenómeno se conoce como efecto diésel, similar al funcionamiento de un motor diésel, donde el combustible se comprime en una relación de 20:1. Este sobrecalentamiento localizado, además de quemar el plástico, puede dañar y erosionar la superficie del molde.

Cuando aparecen síntomas de efecto diésel, como depósitos oscuros o material ligeramente quemado, es crucial intervenir rápidamente, ya que la erosión del molde ocurre de manera acelerada en las superficies más expuestas.

La única ventaja es que el aire, al comprimirse, se vuelve más denso, lo que permite evacuar mayor volumen de aire en menor tiempo. Una vez que pasa por las salidas de gases o canales de ventilación, se expande nuevamente a la presión atmosférica, recuperando su densidad y volumen en los canales de salida más amplios.

Dicho sea de paso, esa expansión súbita después de la salida de gases en el parting o en la línea de partición. hace caer la temperatura del aire y es solo en parte culpable de que parte de los volátiles que le acompañan pueden “condensar“ en los canales de salida ensuciándolos y llegando a obturarlos.

Durante el proceso de inyección, los plásticos se calientan y funden, liberando gases provenientes de los aditivos presentes en la fórmula del polímero. Algunos de estos gases son NAVs (Non-Aqueous Volatiles), los cuales no se adhieren a las paredes del molde ni son absorbidos por el plástico, sino que son empujados fuera del flujo fundido. Estos gases se mezclan con el oxígeno atrapado dentro del molde y pueden actuar como combustible, similar al diésel en un motor.

En términos generales, algunos materiales generan más NAVs o volátiles que otros. Por ejemplo, el poliestireno (PS) produce pocos, mientras que materiales como el polioximetileno (POM), policarbonato (PC) y policloruro de vinilo (PVC) generan una cantidad significativa. Además, plásticos con alta carga de aditivos, como el acrilonitrilo-estireno-acrilato (ASA), pueden liberar más volátiles debido a la gran cantidad de estabilizadores UV y otros compuestos añadidos.

Cuando un técnico de inyección detecta un efecto diésel o quemado debido a una ventilación deficiente, suele reducir la velocidad de inyección o el caudal de llenado del molde, permitiendo que el aire se evacúe más fácilmente. Esta acción puede ser efectiva de manera inmediata, pero no resuelve la causa raíz del problema, que es la insuficiente ventilación del molde. ¿Es correcta esta acción?

Como medida inmediata de contención podría servir, pero debemos tener en cuenta que la causa raíz del problema detectado no es la velocidad de inyección sino la insuficiente ventilación del molde. Al reducir la velocidad de inyección tendremos efectos colaterales indeseados, tales como: aumento de la viscosidad del plástico, menos generación de calor interno por cizalla, reducción del área de paso de material fundido a través del espesor de pared de las piezas debido al mayor enfriamiento de la capa fría, más caída de presión durante el llenado, aumento del tiempo de inyección y por tanto, del ciclo.

Además de revisar la cantidad, posición y dimensiones de las salidas de gases, es recomendable evaluar otros parámetros que pueden contribuir a la generación de gases, tales como:

• Contrapresión excesiva en la carga.
• Alta velocidad tangencial.
• Temperatura elevada en la unidad de inyección.
• Tamaño inadecuado de la unidad de inyección.
• Ratio de compresión del husillo incorrecto.
• Diseño deficiente de entradas y canales de distribución.

En definitiva, cualquier condición que aumente la cizalla y la temperatura del material generará más gases, lo que dificultará su evacuación durante el llenado de la cavidad.

Normalmente, uno de los métodos más utilizados es "con azul de Prusia, aplicar azul y cerrar", aplicando fuerza de cierre poco a poco en incrementos del orden del 10% hasta alcanzar la presión de cierre deseada. Con esto podemos comprobar si las salidas de gases son excesivamente aplastadas o si se cierran por efecto de la flexión de las placas y las dimensiones excesivas de la anchura del canal de ventilación.

Este método proporciona tres datos clave:

• La presión de cierre necesaria para que las dos mitades del molde se sellen alrededor del perímetro de la cavidad.
• La presión mínima requerida para evitar rebabas.
• El estado de los canales de ventilación.

Se recomienda realizar simulaciones de inyección en sistemas de simulación para simular el llenado de la cavidad y poder detectar las ubicaciones precisas de las salidas de gases antes de mecanizar el molde.

Si el molde ya está construido, un análisis del llenado mediante Decoupled Molding puede identificar las zonas críticas donde se necesita evacuación de gases.

Según recomendaciones de DuPont, los problemas de ventilación pueden hacerse más evidentes rociando el molde con un spray a base de hidrocarburos o queroseno antes de la inyección. Si la ventilación es deficiente, el hidrocarburo generará un punto negro en las áreas donde el aire queda atrapado. Esta técnica es especialmente útil para detectar problemas de ventilación en moldes multicavidad, además de que el spray de hidrocarburo actúa como antioxidante.

Dado que la ventilación del molde es un factor crítico que influye en numerosos problemas de calidad en las piezas inyectadas, se recomienda descartar esta causa (ante la aparición de alguno de los efectos comentados) antes de considerar otras posibles razones del defecto. La falta de ventilación es una de las causas más comunes de fallos en el moldeo por inyección, pero también es una de las más fáciles de corregir.

El venting es una causa raíz muy común de problemas de inyección, pero muy fácil de eliminar de la lista de potenciales causas de un problema de calidad.

José Ramón Lerma es autor de los libros: 'Libro Manual Avanzado de Inyección de Termoplástico', que tiene como objetivo ser, por un lado, una herramienta para la formación y, por otro, un manual de ayuda para todo el personal de una empresa de inyección de plásticos y, del recientemente editado, 'Scientific Injection Molding Tools. Productividad a través del dominio del proceso'. Ambas publicaciones, comercializadas por Plásticos Universales / Interempresas (libros@interempresas.net), consta de detallados casos prácticos, amplia información de moldeo científico y un ‘pendrive’ con 20 hojas de cálculo y herramientas de SC Molding o Scientific Injection Molding, además de optimización y definición de proceso, lo que lo hacen único en el mercado. El libro Manual Avanzado de Transformación de Termoplásticos ha sido editado y comercializado en inglés a nivel mundial por la editorial Hanser Publications. Página web sobre Scientific Injection Molding: www.asimm.es