Conceptos que hacen más fácil la vida en la planta de inyección

Los plásticos a diferencia de los metales tienen comportamientos diferentes, siendo el comportamiento de los plásticos menos predecible.

En la gráfica de creep modulus anterior, veamos la línea de tensile creep con 5,5 MPa de esfuerzo en el ensayo de tracción. Al inicio el módulo es 20 MPa, es decir, con una carga de 5,5 MPa la deformación obtenida es del orden de 0,275%; al cabo de unas 10 horas el módulo es el 50% del inicial, es decir, ha pasado a ser 10 MPa. Por tanto, la deformación en ese momento, al ser la carga constante, es el doble de la inicial, 0,55%.

Ejemplo de gráfica de Creep Modulus con diferentes esfuerzos o stress.

Gráfica donde podemos ver la variación en el módulo (creep) entre t y t0. Al mantener el esfuerzo se produce un aumento del estiramiento o deformación y, por consiguiente, una disminución del módulo.

Relajación

La relajación es otro de los comportamientos típicos de los plásticos sometidos a tensión o esfuerzo, en este caso sometidos a un estiramiento constante.

Si aplicamos una carga o esfuerzo a un polímero, se producirá un alargamiento determinado; si mantenemos el alargamiento en un valor constante, cada vez será necesario menos esfuerzo debido a la relajación inducida por la plastodeformación que se producirá. El valor del módulo se reducirá al reducirse el esfuerzo necesario para mantener la deformación.

En la gráfica podemos observar cómo, manteniendo la deformación, cada vez son necesarios menores esfuerzos debido a la relajación del polímero.

Es interesante destacar que, debido al comportamiento viscoelástico de los materiales plásticos, los mismos cambios en el módulo de tracción que se producen a lo largo de largas exposiciones a esfuerzos constantes pueden obtenerse a través de cambios de temperatura aplicados al plástico en periodos de exposición o ensayo mucho más cortos, existiendo una correlación entre temperaturas aplicadas y tiempos de aplicación de esfuerzos.

Por ejemplo, aplicar un esfuerzo constante a 23 °C durante 1.000 horas produce la misma respuesta del material, alargamiento, que la que obtendríamos con el mismo esfuerzo constante, pero con el material a 90 °C en el ensayo de tracción con tiempo cero; el módulo en este caso es de 1.350 MPa.

Esto demuestra que lo que sucede rápidamente a altas temperaturas puede suceder lentamente a más bajas temperaturas. En el caso comentado, un aumento de temperatura de 23 °C a 90 °C (aumento de 67 °C) equivale a un esfuerzo mantenido de 1000 horas bajo carga constante.

Hoy en día, utilizando analizadores mecánicos dinámicos (DMA), que se emplean para determinar la influencia de la temperatura en las propiedades del material, podemos establecer la relación entre tiempo y temperatura para cada material en un amplio rango de condiciones. Y, lo que es aún más importante, ya que el creep o fluencia y la relajación suceden mucho más rápido cuando la temperatura es más alta, podemos, mediante esta relación temperatura-tiempo, desarrollar experimentos de corta duración que nos permitirán predecir con bastante precisión el comportamiento a largo plazo del material sin necesidad de realizar ensayos largos que pueden durar mucho tiempo, incluso años en finalizarse.

El problema del dato del módulo aparente es que normalmente no se indica a qué esfuerzos y deformaciones se ha obtenido el dato. Nos indica el módulo y el módulo, recordemos, se refiere tan solo a la relación esfuerzo-deformación en el inicio del ensayo de tracción. Es la definición de la pendiente de la curva, pero no nos da los datos de esfuerzo y deformación.

Sabemos, además, que los plásticos no tienen curvas de tracción o esfuerzo-deformación lineales, sino que la pendiente cambia y, en algunos casos, bastante, hasta llegar a los valores de yield stress o tensión al fallo o al punto de rotura. Así pues, con estos gráficos de módulo aparente, si bien tenemos el comportamiento del módulo a diferentes temperaturas, no tenemos la imagen completa si no se definen esfuerzos y deformaciones.

Como vemos, esfuerzos, tiempo de aplicación y temperaturas están interrelacionados en los materiales plásticos. Estas interrelaciones deben ser ensayadas y conocidas para un correcto diseño de piezas funcionales fabricadas en termoplásticos.

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