DESCRIPTIVA DE MATERIALS. MATERIALS EN EL PROCÉS DE DISSENY,
2002
| articulo
Disseny de peces de plàstic per a injeccióAquest article pretén oferir una visió
genèrica dels punts necessaris per realitzar el disseny d'una peça amb material
plàstic que serà transformada mitjançant un procés d'emmotllat per injecció.
Per obtenir una bona peça injectada de plàstic és important que es tinguin
coneixements del disseny de la peça, del motlle d'injecció, de la matèria
primera i del procés de transformació. Per això també es pretén donar a
conèixer al dissenyador la problemàtica que presenten el procés d'injecció de
termoplàstics i el motlle respecte del disseny de la peça. Un bon disseny serà,
doncs, el que vinculi tots aquests aspectes.
Les diverses taules i figures que
acompanyen el text aporten les dades necessàries per iniciar-se en el disseny
de peces amb material plàstic.
Elements de disseny de la peça
El disseny estructural d'una peça concebuda per ser transformada amb plàstic pot començar per l'anàlisi del quadern de càrregues de l'aplicació en qüestió. Quan coneguem el tipus i la magnitud de les sol·licitacions podrem portar a terme un estudi mecànic, i d'aquesta manera obtindrem un predimensionat i un càlcul aproximat dels gruixos. Aquestes indicacions, que serien vàlides per al disseny en general de materials, han d'anar acompanyades d'altres que s'utilitzaran exclusivament per al disseny amb materials plàstics. Altres consideracions -com són la uniformitat de gruixos
en les diferents zones de la peça, la facilitat de desemmotllar la peça, la
capacitat de la peça per ser emplenada de manera que el material fos pugui
accedir a totes les zones de la cavitat del motlle de manera uniforme i evitar
al màxim els defectes provocats per línies d'unió, inclusions d'aire, zones amb
material fred, etc -seran especialment estudiades quan es dissenyi la peça per
ser fabricada amb un material plàstic.
Gruix de les parets
Podem generalitzar i dir que com més regulars siguin els gruixos de la peça menys problemes tindrem en els processos d'injecció i postinjecció. Si fos el cas que hi hagi gruixos de paret molt diferents, cal procedir al canvi d'una dimensió a una altra de la manera mes gradual possible. Aquesta regularitat en el disseny ens ajudarà a evitar turbulències de flux importants durant el procés d’emplenament de la peça. No s'ha d'oblidar que les turbulències dificulten en qualsevol cas una ordenació entre les diferents cadenes moleculars i que, per tant, provoquen una orientació que no és la més idònia perquè la peça treballi al màxim rendiment. A la Figura 1 es mostra un exemple d'una peça dissenyada amb gruixos constants. Cal tenir present que la peça que s'està dissenyant
seguint els conceptes que s'exposen en aquest article s'obtindrà mitjançant un
procés de transformació per injecció de termoplàstics. Aquest procés ens obliga
a definir en la peça un punt pel qual s'introduirà el material en estat fos.
En la major part de casos és aconsellable situar el punt
d'injecció a la zona gruixuda de la peça. D'aquesta manera s'assegura millor
l'emplenament de la cavitat i els conductes per on passa el material es
mantenen oberts el màxim temps possible.
 També cal tenir en compte que
durant el procés de postinjecció es produiran en la peça fenòmens de cim
tracció, produïts per ordenacions posteriors de les cadenes polimèriques. A les
zones on les parets tinguin més gruix és on es produiran percentatges de
contracció més alts, per això és important que aquestes zones siguin a prop del
punt d'injecció per rebre material fos durant el màxim temps possible i poder
compensar la contracció produïda. En cas contrari es podrien produir defectes
com peces faltades o zones internes buides de material, a més de possibles
problemes de xuclets o fortes tensions internes provocades per les diverses
contraccions que tenen lloc quan partim de gruixos molt diferents en zones
properes. A la Figura 2 es
mostra un exemple de l'emplenament d'una peça amb diversos gruixos. En aquest
cas s'observa clarament com es realitza un canvi de gruix gradual.
 Figura 2. Canvi gradual de secció en una peça de plàstic
Per millorar de manera notable l'aspecte superficial de
la peça també és adequat començar a omplir per la part gruixuda. Sinó, durant
el procés d'emplenament poden aparèixer problemes de "jetting" o
"cuquet". Aquest efecte és produït pel contacte del material, que
entra en la cavitat en forma de cuc, directament amb les parets del
motlle. En aquest cas el material no l'omple de manera homogènia i per això la
qualitat superficial presenta molts defectes. Per tant, si per motius de
fabricació calgués omplir la peça de part prima a part gruixuda, hauríem de
dotar la cavitat amb canals interns o canvis que permetessin l'emplenament amb
una repartició homogènia a tota la cavitat. En l'esquema realitzat a la figura
3 s'observa un exemple de l'efecte jetting.
 Figura 3. Possible solució a l' efecte jetting.
La selecció d'un gruix nominal depèn també del plàstic
amb què fabricarem la peça. En l'emplenament de la peça influiran de manera
decisiva les propietats viscoses del material en estat fos. A la Taula 1 podem
observar els gruixos recomanats per a cada tipus de plàstic.
 Taula 1. Gruixos recomanats en funció del material.
En l'aspecte econòmic, el temps del cicle d'injecció de la peça té una importància rellevant per al seu cost final. En un cicle d'injecció, el període corresponent al temps de refredament de la peça és superior al 60% del temps total. Així doncs, és important saber que el temps de refredament depèn exponencialment del gruix de la peça. Amb això volem remarcar que amb parets de gruix prim no s'aconsegueix exclusivament un estalvi de material, sinó també, i encara és més important, una important millora en el temps de producció de la peça i, en conseqüència, una important reducció en el cost final. El disseny ha d'intentar, en funció de les
circumstàncies, adaptar-se a gruixos no superiors a 3 mm. Per mantenir aquest
límit es poden utilitzar recursos com zones amb nervis o canvis de geometria,
amb la qual cosa no sols millorarem el cicle, com ja hem dit, sinó que a més
oprimitzarem el pes de la peça.
D'altra banda, es recomanen gruixos mínims de treball
d'1,2 mm. Així es facilita l'emplenament a totes les zones de la cavitat.
Aquests valors s'han pogut observar a la Taula 1.
A la Figura 4 es mostren alguns exemples en què els
espessors gruixuts s'eviten mitjançant canvis en la geometria. Cal recordar que
les zones amb una important acumulació de material són, inevitablement, punts
de formació de xuclets, alguns molt visibles a la superfície de la peça.
  Figura 4. Solucions per al disseny de peces.
Angles de desemmotllat
Qualsevol peça que es dissenyi per ser transformada per un procés d'injecció s'ha de concebre perquè es pugui desemmotllar amb facilitat. Per això caldrà dotar la peça d'angles prou generosos a les parets a fi de portar a terme el procés de desemmotllat sense problemes. En general, les parets, els nervis, els forats, les
torretes, etc, hauran de tenir una inclinació mínima d'lº. Es consideraran
casos especials les geometries en què la profunditat de les parers sigui
important; en aquest cas s'augmentarà l'angle.
Caldrà prestar molta atenció als casos en què la
superfície de ta peça hagi de ser texturitzada. En aquests casos s'hauria
d'intentar que la direcció del texturitzat sigui la mateixa que la direcció de
l'extracció de la peça. A més s'hi afegirà, per la dificultat que el texturitzat
oposa a l'extracció. l'lº d'inclinació per cada 0,025 mm de profunditat que
tingui la textura. A la Figura 5 es mostra un esquema per afegir l'angle de
desemmotllat a la inclinació de les parets, i a la Taula 2 s'ofereix un seguit
de dades per al càlcul d'aquest angle.
A més de no permetre extreure la peça correctament, no
dissenyar-la amb prou angles de desemmotllat pot causar en la superfície la
formació d'arraps o estripament de material causats per la fricció entre el
metall de la cavitat i el plàstic durant el procés d'extracció.
 Figura 5. Angle de desemmotllat.
 Taula 2. Conicitats per a diferents angles d' inclinació (en mm).
Radis
L'ús adequat de radis durant el disseny redueix de manera important la concentració de tensions a la peça. Eliminar les zones en què es produeix un elevat índex de concentració de tensions permet realitzar un model de constitució més fort i eliminar, sens dubte, possibles zones d'inici d'una fractura. En definitiva, eliminant angles aguts en la geometria fem possible que s'allargui la vida de la peca. Per tant, sempre que la funcionalitat de la peca ho permeti, per realitzar la transició d'una paret a una altra utilitzarem corbes al mes obertes possible. A la Figura 6 es presenten uns esquemes que mostren un
seguit de proporcions aptes per al disseny de corbes amb materials plàstics.
 Figura 6. Radis recomanats per al disseny.
Nervis reforçants
Tal com hem comentat en els primers punts, en el procés de disseny d'una peça és important emprar gruixos prims, no sols per estalviar material sinó també per obtenir millors temps de cicle de la peça a injectar. Per això en molts casos emprarem zones nervades, que reforçaran la geometria de la peça sense necessitat d'augmentar-ne la massa i ens permetran arribar a estats de rigidesa més elevats sense necessitat d'augmentar-ne el gruix. Aquests nervis es col·locaran generalment en parts de la
peça on l'estètica no sigui rellevant. Per treure'n el màxim partit se situaran
en zones en què l'estructura rebi sol·licitacions màximes o on es produeixin
fletxes màximes.
Per obtenir un disseny correcte haurem de tenir en compte
els conceptes següents:
• Els radis entre el nervi i la paret de la peça hauran de ser de tal manera que no facilitin una important acumulació de material, ja que això podria donar lloc a problemes de xuclet de la peça durant el període de postinjecció. • Els nervis han d'estar dissenyats amb uns
angles de desemmotllat adequats, és a dir, que permetin extreure fàcilment la
peça.
• Els gruixos han
de mantenir entre si una proporció geomètrica que ens permeti distribuir les
zones de material de manera homogènia perquè la diferència dels temps de
refredament a cada zona sigui al més petita possible.
• Pel que fa a la geometria, es recomanen canvis
graduals en les diferents zones dels nervis. D'aquesta manera es facilita
l'emplenament dels nervis, es redueixen els punts de concentració de tensions i
s'evita l'acumulació de gasos o d'altres defectes derivats d'un emplenament
incorrecte.
Les zones on conflueixen els nervis són indrets de ràpida
circulació del flux.
Aquest efecte ens pot produir un emplenament de la peça
que, de vegades, no és l'esperat, i pot donar lloc a línies de reunió en
indrets on no es desitja. A la Figura 7 es presenta un esquema del disseny d'un
nervi.
 Figura 7. Detalls per al disseny d' un nervi.
Disseny d'una torreta La major part dels gruixos de les parets d'una peça de plàstic són insuficients per resistir la sol·licitació d'un cargol, o senzillament no tenen prou secció per allotjar l'element enroscant. Per donar lloc a la col·locació de cargols i reforçar les zones o els forats on es col·locaran aquests elements dissenyem torretes, que ens permetran dimensions físiques suficients i reforçaran la zona. Incrementar simplement el gruix no serà una mesura recomanable per les raons comentades a l'apartat 1.1. Les geometries més utilitzades en torretes es mostren a la Figura 8. És molt freqüent situar nervis al costat d'aquests elements.  Figura 8. Diferents geometries recomanades per al disseny de torretes.
Forats A l'hora de dissenyar forats en les diverses zones de la peça de plàstic cal tenir en compte les dificultats que comportarà en el moment de fabricar el motlle. A grans trets, podem diferenciar tres tipus de forats: no
passants o cecs, passants i amb esglaó.
Des del punt de vista de la construcció del motlle, el
disseny d'un forat passant serà més senzill i permetrà que el passador recolzi
en ambdós costats del motlle, amb la qual cosa s'aconsegueix mes resistència
del passador a les pressions internes durant el període d'emplenament del
motlle. Ben al contrari, dissenyar un forat no passant obliga a construir un
passant més robust, perquè com només recolza en una zona del motlle sempre
tindrà més possibilitats de trencar-se i, per tant, el manteniment serà més
costós.
Es important tenir en consideració que dissenyar els
forats amb el seu eix, paral·lel al moviment d'obertura del motlle, sempre
facilitarà l'acció del moviment dels passants. En conseqüència, seran més
recomanables que els que tenen l'eix perpendicular als moviments d'obertura del
motlle.
El disseny d'una peça de plàstic no s'ha de deslligar del disseny
del motlle. Aquest
últim és el que ens donarà la
possibilitat d'injectar la peça i, per tant, de poder fabricar-la.
A la Figura 9 es mostra un esquema i a la Taula 3 es
recomanen unes distàncies mínimes entre forats contigus i entre forats i el
límit de la peça. Podem destacar que per a sèries de producció curtes es
recomana practicar els forats mitjançant un procés de trepat, que es realitzarà
posteriorment al procés d'injecció.
 Figura 9. Distàncies recomanades per al disseny amb forats.
 Taula 3. Les mesures són en mm.
Aspectes de la injecció associats al
disseny
Un disseny per a una peça de plàstic que posteriorment serà injectada s'ha de realitzar amb la idea preconcebuda que la peça s'ha de transformar mitjançant l'emplenament d'una cavitat. Aquesta cavitat formarà part d'un motlle d'injecció, el qual disposarà de colada, canals, punts d'injecció, plànol de partició, a més de sortides de gasos, nodes, parts mòbils, etc. Disposició del punt d'injecció
Determinar la situació del punt pel qual el fluid entrarà
a la cavitat és de gran importància, no sols per obtenir una bona qualitat de
la peca injectada i possibilitar un emplenament adequat, sinó també per aconseguir
millors temps d'emplenament i reduir així els temps de fabricació.
Controlar la temperatura a la qual la massa arriba en
estat fos als diferents punts del motlle ens permetrà conèixer la viscositat
del plàstic en aquests punts i, en conseqüència, la facilitat amb què es podrà
reproduir la superfície del motlle. Aquest paràmetre ens donarà una idea de la
qualitat superficial que obtindrem.
A continuació exposem amb detall diferents consideracions
a tenir en compte a l'hora de determinar la situació del punt d'injecció:
• El punt d'injecció se situarà, sempre que ens ho permeti la geometria de la peça, prop del centre geomètric d'aquesta. Així s'aconsegueix un emplenament equilibrat en pressió, temperatura i temps en les diverses zones de la cavitat. • El punt
d'injecció se situarà prop de la superfície vista de la peça. Amb això es
pretén que el material arribi a temperatura alta i reprodueixi amb més qualitat
aquesta superfície. En el cas que aquesta superfície sigui texturitzada,
aquesta situació serà important per reproduir millor el gravat. Cal tenir en
consideració que a la zona on se situï l'entrada obtindrem un senyal causat per
la marca que deixa el broquet de la injectora. Aquest senyal es podrà
dissimular més o menys, però sempre serà més fàcil situar aquesta entrada en
una zona que no sigui visible segons la funcionalitat de la peça.
• Caldrà evitar
que el punt d'injecció estigui situat en zones on a prop hi hagi elements
geomètrics que obstaculitzin la correcta circulació del fluid. Igualment
s'estudiaran les circulacions del plàstic fos segons les diverses opcions
d'ubicació del punt d'emplenament i es tindrà en compte l'opció que aporti
menys línies de reunió a la peça. Una bona orientació i una circulació lliure
del fluid permetran una bona distribució de les cadenes polimèriques i una
millora en les propietats mecàniques de la peça.
Només analitzant el recorregut del plàstic en omplir la cavitat segons les condicions d'injecció seleccionades obtindrem un coneixement de l'orientació molecular, o de les fibres, en el cas que el material vagi carregat. Aquesta anàlisi ens permet optimitzar la resposta dinàmica de la peça a unes tensions externes ja conegudes. D'aquesta manera, el polímer treballarà a les màximes prestacions i podrem exigir en cada part una bona resposta a cada sol·licitació. Línies de reunió
Com ja hem comentat, una peça de plàstic ha de ser dissenyada amb la premissa que les diverses parts del motlle s'emplenaran amb una massa en estat fos. Això implica que quan es trobin dos fronts de flux, a causa de la geometria de la peça, apareixerà una línia de soldadura. De vegades aquestes línies són inevitables i d'altres
vegades es poden eliminar movent el punt d'injecció, canviant el concepte
d'emplenament o bé modificant la geometria. A continuació es mostra en un
gràfic (Figura 10) com es posicionen les cadenes moleculars en una línia de
reunió.
A nivell molecular, les línies de reunió, anomenades
també línies de soldadura, presenten una desorientació. En aquesta zona el
material es comporta d'una manera diferent. El comportament mecànic de la peça
serà menor perquè existeix una heterogeneïtat del material.
 Figura 10. Formació d' una linea de reunió.
En aquestes zones existeixen,
doncs, més possibilitats d'inici de la ruptura que a la resta del material. Per
aquest motiu sempre s'intentarà evitar que en el mateix punt coincideixin una
línia de soldadura amb zones altament sol·licitades de la peça.
L’efecte d'una línia de
soldadura es pot minimitzar amb una bona selecció dels paràmetres de
transformació com ara: una temperatura del motlle alta quan estem transformant
el material, una temperatura de la massa del material alta durant la injecció,
unes velocitats d'injecció adequades i una compactació del material adequada.
Toleràncies En el disseny de peces amb plàstic, obtenir valors molt precisos en les dimensions de les peces és extremament difícil i costós. Qualsevol exigència a nivell de les dimensions encarirà l'estudi de la peça i la construcció del motlle. Per això, en cas que no sigui necessari, els valors de les toleràncies seran folgats. Les dimensions que finalment adquirirà la peça estaran
influïdes no sols pel comportament intrínsec de cada plàstic, sinó també per
les condicions de transformació utilitzades per a la transformació de la peça.
Variables del procés d'injecció com són la temperatura de la massa del material
fos, la temperatura de treball del motlle, les pressions d'injecció emprades o
les velocitats d'emplenament influiran decisivament en aquestes dimensions.
 Taula 4. Toleràncies superior i inferior recomanades
A la taula 4 es mostren uns valors mínims de
tolerància aconsellable en funció de diferents mides de la peça i d'una
selecció de plàstics, Els valors inferiors als recomanats suposen uns marges
molt estrets en els paràmetres d'injecció que podrien fer inviable aplicar-la
correctament o bé encaririen de manera important el preu de la peça acabada.
Contraccions
El fenomen de la contracció, que es produeix en un grau més o menys alt en qualsevol procés d'injecció, és la causa de molts errors comesos en el disseny de peces. Per això les mesures necessàries per contrarestar aquest efecte s'han de prendre originalment en el càlcul i el disseny d'aquesta. Inicialment es portarà a terme un estudi de com afecten
les contraccions del material a la dimensió de la peça, i posteriorment es procedirà
,i dimensionar la cavitat del motlle amb aquesta informació.
Les contraccions produïdes en el plàstic dependran, tal
com succeïa amb les toleràncies, de les característiques intrínseques del plàstic i dels paràmetres
emprats durant el procés d'injecció. És important tenir en compte que en una
mateixa peça el material plàstic no es contraurà igual a totes les zones. Si el
gruix varia, variarà també el temps de refredament i l'ordenament a nivell
molecular de les macrocadenes polimèriques. Si varia l'ordre de les cadenes en
les diverses zones, el grau de contracció també serà diferent.
Per saber com actuarà el polímer en cada cas, haurem de
saber si estem dissenyant per a un plàstic amorf o un de semicristal·lí. El
grau de cristal·linitat que tingui el polímer després de la transformació ens
influirà també en el grau de contracció que prendrà la peça. Si el grau de
cristal·linitat és alt, la qual cosa s'aconsegueix amb un temps de refredament
lent o amb additius nucleants en el polímer, l'estabilitat dimensionat i les
propietats mecàniques seran millors.
En la direcció d'emplenament de la peça i, per tant, en
la direcció majoritària d'ordenació de les cadenes del polímer, tindran lloc
graus de contracció més alts que en les direccions perpendiculars a la circulació
del flux de plàstic fos.
També es tindrà en compte que, en el cas de dissenyar una
peça per a un material que vagi carregat amb fibres, les contraccions seran
diferents a causa de l'efecte resistent de la fibra. En aquest cas les
variacions dimensionals en el sentit longitudinal o transversal de la fibra
seran molt diferents. Pel que fa a la secció longitudinal, hi haurà menys
contracció, a causa de l'efecte de la fibra, que a la secció transversal, on
pràcticament no actuarà.
Atès el gran nombre de paràmetres que influeixen en la
contracció, en les taules de disseny treballarem amb un rang de valors en
funció de cada material i de cada circumstància. A la Taula 5 es presenten uns
valors orientatius en funció del material.
Tal com hem comentat, modificant diversos paràmetres de
pressió i temperatura durant el procés d'injecció es pot evitar que el grau de
contracció augmenti. Tanmateix, prendre les precaucions necessàries durant el
disseny facilitarà posteriorment la injecció de la peça i permetrà que els
diferents paràmetres del procés tinguin unes possibilitats de treball més
àmplies. Aquesta amplitud en els paràmetres ens permet transformar la peça amb
menys tensions internes, obtenir graus més alts de qualitat o ajustar el cicle
per obtenir millors temps de producció.
 Taula 5. Rang de contraccions recomanat per a una selecció de polimers. Contracció en el motlle
Acabat superficial
Dissenyar amb materials plàstics ofereix la possibilitat de triar una diversitat innumerable d'acabats superficials, des de superfícies llises amb efectes de mirall fins a efectes texturitzants, passant per acabats tipus fusta i gravats de diverses formes. Hi ha plàstics amb determinades característiques, com
ASA, SAN, PMMA, PBT, etc, que faciliten una superfície brillant de la peça. De
tota manera, els factors decisius per aconseguir acabats brillants de qualitat
a la peça passen per unes parets de la cavitat del motlle extremament llises i
per uns paràmetres d'injecció, com ara la temperatura de la massa i la
temperatura del motlle, que facilitin que el plàstic fos ompli la cavitat del
motlle copiant-ne exactament la superfície.
Tal com hem comentat en l'apartat referent a l'angle de
desemmotllat, en el cas que la superfície sigui texturitzada caldrà tenir en
compte la profunditat del dibuix i fer coincidir, tant com sigui possible, la
direcció del texturitzat amb la direcció d'expulsió de la peça.
Selecció de materials plàstics en el
disseny
Selecció de materials Per seleccionar correctament els materials és important que el dissenyador tingui un coneixement general dels materials juntament amb una bona experiència en el maneig de les característiques dins de cada família, hi primer pas serà entendre les funcions que haurà de realitzar la peça i identificar correctament les condicions de treball a què es veurà sotmesa. Per determinar correctament aquestes condicions es poden tenir en compte els punts següents: • Determinar les condicions de càrrega estructurals: S'estudiarà el tipus de sol·licitacions que afecten la peça, es quantificarà el valor de les càrregues que actuaran sobre el conjunt, la durada d'aquestes càrregues, la velocitat i la freqüència d'aplicació dels esforços com també les possibles condicions de mal ús que es poden fer de la peça. • Determinar
l'àmbit de treball de la peça: Conèixer l'ambient estàndard que envoltarà la
peça durant el seu cicle de vida. En aquest cas és important conèixer factors
com ara l'existència de substàncies químiques agressives, les radiacions, la
humitat, la temperatura de treball i els punts màxims de temperatura, etc.
• Exigències
dimensionals: Es determinaran les dimensions finals que ha de tenir la peça,
les toleràncies que s'exigeixen al plàstic i les possibilitats d'encaix dins
d'un conjunt.
• Normatives
existents en el camp d'aplicació: Serà important conèixer el camp d'aplicació
de la peça i determinar quins plàstics estan homologats per a cada aplicació
concreta. Com a exemples podem esmentar les normatives contra incendis que
afecten elements del sector de la construcció i elèctric, les normatives que
afecten les peces en contacte amb aliments o les peces que representen
importants punts de seguretat en un vehicle i es regeixen per la normativa del
sector de l'automòbil.
• Especificacions de mercat: Cal realitzar un estudi de
producció de la peça especificant el cost per peça, la vida en servei de la
peça i les exigències finals que es demanen al material plàstic en consonància
amb la gamma de producte.
Un cop realitzada l'anàlisi anterior, podem exigir en
cada una de les característiques del matèrial les prestacions adequades a les
necessitats requerides. A continuació s'enuncien les característiques més
comunes a tenir en compte en el moment de seleccionar un material, a les quals
hauríem d'afegir les que es requereixen en cada aplicació concreta.
• Propietats
mecàniques: rigidesa, resistència a l'impacte, resistència a fatiga, duresa,
etc.
• Propietats a la
fricció: es tindran en compte els coeficients de fricció, l'efecte de la
fricció en la temperatura, la resistència al desgast dels materials implicats i
la possible utilització de lubricació.
• Propietats
tèrmiques: temperatura màxima de servei, valor dels assaigs HDT, temperatura
d'ablaniment Vicat i coeficient de dilatació tèrmica.
• Propietats de
resistència a la intempèrie: resistència a la humitat, resistència als raigs
UV, resistència a l'oxidació, etc.
• Propietats
químiques: resistència química del plàstic en diferents dissolvents i en
diversos medis, resistència química a altes temperatures i resistència a la tensofisuració
en medis actius.
• Propietats
òptiques: graus de transparència del polímer, acabats superficials, brillantor
de la peça, etc.
• Preu de la
matèria primera: un preu de la matèria primera que sigui adequat per a la
filosofia de costos de la peça.
Serà important començar determinant aquelles propietats que no influeixin directament en el disseny, com són les propietats òptiques, tèrmiques, elèctriques, químiques, resistència a la intempèrie, etc. Realitzant aquesta anàlisi es poden eliminar famílies senceres de productes que no compleixen les característiques requerides. Finalment es realitzarà un quadre resum en el qual es
valoraran per a cada especificació de la peça el comportament de cada material.
Un cop s'haurà determinat quines són les especificacions més importants, podrem
valorar quin plàstic s'ajusta més a l'aplicació.
Classificació dels plàstics
La gran varietat de plàstics
que existeixen en el mercat dels materials ens obliga a tenir-los en compte per
a moltes aplicacions que sorgeixen contínuament. Cal destacar que, en
comparació amb els metalls, les característiques dels plàstics depenen molt
directament de la temperatura a què treballen.
Per tant, serà imprescindible determinar el rang de les
temperatures a què la peça estarà sotmesa. Aquest inconvenient pot ser
compensat amb altres avantatges, com són la resistència i la corrosió, la baixa
densitat dels plàstics, un processat fàcil, l'obtenció de producte acabat en un
sol procés, etc.
A continuació exposem una breu introducció de les
característiques més destacables d'una varietat de plàstics utilitzats en l'enginyeria
de disseny.
Termoplàstics semicristal·lins
• Polietilè (PE). Aquest material forma part del grup de plàstics de gran consum i s'utilitza profusament en els sectors de l'embalatge i de la construcció. Té tres disposicions moleculars: PE d'alta densitat, PE de baixa densitat i PE lineal de baixa densitat. Es un material bo a impacte, flexible i molt resistent químicament. No és adequat per a aplicacions de temperatures mitjanes i altes. • Polipropilè
(PP). Aquest plàstic comprèn aplicacions molt diverses. Més rígid que el seu
antecessor, dins el grup dels termoplàstics és el que té la densitat més baixa.
Bona rigidesa i amb resistència química i vida a fatiga excel·lents.
• Poliamida (PA).
Aquests materials són dins del grup dels plàstics tècnics. Això implica que
s'utilitzen per a peces que compleixen especificacions tècniques. Bona
estabilitat dimensional (un cop ha finalitzat l'absorció d'humitat),
resistència a les altes temperatures (uns 200º) i mòduls resistents alts. És important destacar que
en l'etapa posterior al processat la PA absorbeix aigua. Aquest fenomen
transfereix al material unes propietats d'impacte òptimes.
• Resina
acetàlica (POM). És un plàstic tècnic i es caracteritza per una excel·lent
capacitat de recuperar la forma després de ser deformat. Té propietats
mecàniques semblants a la PA. La resistència al desgast és molt alta, i la
resistència a l'impacte, bona. Bona fluïdesa durant el transformat. Idoni per a
aplicacions amb alts números de cicles a fatiga.
• Tereftalatos (PBT/PET). El PBT té bones propietats
mecàniques, alta estabilitat dimensional i estabilitat enfront de la calor.
S'aconsegueixen alts graus de rigidesa i bona resistència a l'abrasió. El PET,
molt utilitzat en el sector de l'embalatge, s'ha utilitzat també per a la
fabricació de fibres tèxtils. Per a processos d'injecció no s'utilitza perquè
presenta moltes dificultats. Tant el PBT com el PET presenten una baixa
absorció d'aigua.
Termoplàstics amorfs
• PolietilèPoliclorur de Vinil (PVC). Plàstic amorf d'alt consum. Molt emprat en els sectors de l'embalatge i la construcció. Es caracteritza per tenir un bon aïllament elèctric i bona resistència a la intempèrie. • PolietilèPoliestirè
(PS). Plàstic de gran consum molt utilitzat en embalatge. Hi ha una gran diversitat
de graus en la varietat de PS, des de graus d'alt impacte, graus d'alta
rigidesa, graus d'alta fluïdesa, fins a
graus per a extrusió. És un material amb un alt nivell de
transparència.
PolietilèPolimetilmetacrilat (PMMA). Plàstic que es
caracteritza per l'alta transparència i les excel·lents propietats
superficials. Bona resistència a la intempèrie i estabilitat dimensional. La
resistència a l'impacte és baixa.
PolietilèAcrilonitriloButadièEstirè (ABS). És un
copolímer de l'Estirè amb bones propietats a l'impacte gràcies al cautxú
natural. La resistència a la intempèrie no és bona, per això en aplicacions per
a l'exterior caldrà recobrir-lo de capes de pintura. Excel·lent aïllant i apte
per a galvanitzar, cromar, pintar, etc.
PolietilèPolicarbonat (PC). Forma part dels plàstics
utilitzats per a enginyeria. Té bones propietats mecàniques i duresa
superficial. Els graus de transparència són alts i resisteix bé a la
temperatura. PolietilèPolisulfones (PES/PESU). Formen part dels plàstics
denominats d'alta temperatura. Pot treballar en continu a temperatures superiors
als 180º C i resistir pics de temperatura de 230º C. Molt bona resistència a
l'impacte, bones propietats ignífugues i bona estabilitat dimensional.
Químicament té problemes d'hidròlisi quan treballa amb aigua calenta.
|
Sobre l'autor
ANTONI GONZÁLEZ DE CABAÑES
Enginyer de materials. Departament de
plàstics tècnics de BASF Española SA
Santiago González Mestre
Arquitecte. Estudi d'arquitectura G.L.
Relacionat 20 DESCRIPTIVA DE MATERIALS. MATERIALS EN EL PROCÉS DE DISSENY, 2002 | articulo F.J. GIL, M.P. GINEBRA, J.A. PLANELL Biomaterials És ben sabut que la Ciència i Tecnologia dels Biomaterials és una disciplina de creació molt recent. Fins al punt que encara no existeix una normativa sòlida relativa a l'avaluació de la biocompatibilitat dels biomaterials. El treball que presentem pretén introduir el concepte de biomaterial i descriure'n els tipus i les aplicacions mèdiques i quirúrgiques. Els biomaterials conformen una àrea interdisciplinària en què han d'intervenir tant enginyers mecànics i de materials com dissenya dors, biòlegs cel·lulars, metges i cirurgians. La característica que tia de complir qualsevol biomaterial és ser biocompatible. En conseqüència, analitzarem el concepte de biocompatibilitat i les tècniques habituals per avaluar-la. A continuació descriurem els tipus de materials que s'utilitzen com a biomaterials en tecnologia mèdica o bioenginyeria. Finalment, farem una descripció dels aparells o sistemes en els quals trobem aplicació de biomaterials. Aquests aparells cobreixen un espectre tan ampli que inclou tant sutures com pròtesis vasculars o ortopèdiques o fins òrgans artificials. [...]20 DESCRIPTIVA DE MATERIALS. MATERIALS EN EL PROCÉS DE DISSENY, 2002 | articulo SERGIO OLLER, EUGENIO OÑATE Predicció de vida en estructures Aquest treball és una ressenya breu sobre problema de la predicció de vida, o estudi de la durabilitat, dels materials estructurals sotmesos a accions mecàniques, tèrmiques i químiques. Aquest article està enfocat a les tècniques numèriques i ressalta la potencialitat d'aquest tipus d’eina en l’estudi d’estructures sotmeses a fenòmens altament complexos i acoblats. [...] |