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Materiales de Moldeo por Inyección: Tipos, Propiedades y Limitaciones del Proceso
Creado 12.17
La inyección de moldes es una cosa clave en la fabricación. Es cómo hacemos todo, desde pequeños engranajes de reloj hasta esas elegantes fundas para teléfonos inteligentes. Es muy útil, pero su éxito realmente depende de elegir los materiales adecuados.
Si recién estás comenzando en el diseño de productos o en la creación de cosas, es importante saber qué materiales funcionan conmoldeo por inyeccióny cuáles no. Esta guía te dará una visión simple de los materiales que funcionan con este proceso, por qué son buenos para ello y cómo elegir el mejor para lo que estás haciendo.
¿Qué hace que un material sea moldeable?
No todos los materiales pueden soportar el calor y la presión del moldeo por inyección. Así que, antes de hablar sobre los tipos de materiales, veamos qué necesita un material para ser derretido, inyectado y convertido en una pieza.
1. Calor y Flujo
Lo más importante es que el material puede pasar de sólido a líquido y viceversa sin desmoronarse.
- Derretir y Mover: El material necesita derretirse a una temperatura que no sea demasiado alta y fluir lo suficientemente bien como para ser bombeado a través de la máquina y hacia el molde. Si es demasiado espeso, no llenará el molde. Si se descompone al derretirse, la pieza será débil.
- Se Mantiene Fuerte a Alta Temperatura: La temperatura de fusión necesita ser baja para trabajar con ella. Los moldes suelen estar hechos de acero o aluminio y son costosos. Si el material necesita temperaturas que podrían dañar el molde, se vuelve demasiado caro. Por eso, el moldeo por inyección generalmente utiliza polímeros. Suelen fundirse entre 200°F y 500°F.
- Se descompone un poco: Los metales pueden ser fundidos y endurecidos una y otra vez, pero los plásticos se alteran por el calor. Las cadenas en los plásticos se descomponen cuando se calientan. El material necesita ser lo suficientemente bueno para que esto no debilite la pieza final.
2. Encogimiento y Mantenimiento del Mismo Tamaño
Cuando un material pasa de un líquido caliente a un sólido frío, se encoge. Este cambio de líquido a sólido y el enfriamiento pueden causar problemas al diseñar y fabricar cosas. Para métodos de prueba detallados, consulte el ASTM D955 estándar, que se utiliza para medir la contracción del molde en plásticos.
- Se contrae como se esperaba: Cada material se contrae un poco. Para moldear un material, esta contracción necesita ser pequeña y fácil de estimar. Si se contrae demasiado, es difícil hacer piezas que tengan el tamaño correcto.
- Maneja el estrés interno: El exterior de una pieza moldeada se enfría primero, mientras que el interior aún está caliente. Cuando el interior se enfría, puede tirar del exterior, causando marcas o deformaciones. Los materiales que se contraen mucho pueden tener estos problemas, lo que dificulta el diseño.
Básicamente, un buen material para moldeo por inyección es aquel que puedes derretir, empujar a través de un molde y enfriar rápidamente sin que se rompa, se doble o cueste demasiado.
Las dos principales categorías de materiales para moldeo por inyección
La inyección de moldes utiliza principalmente dos tipos de materiales, y son diferentes según cómo manejan el calor. Estos son termoplásticos y termoestables.
1. Termoplásticos
Estos son comunes en el moldeo por inyección, constituyendo la mayor parte de los productos que ves. Son polímeros que se ablandan al calentarse y se endurecen al enfriarse. Lo interesante es que puedes repetir este proceso. Puedes calentar una parte termoplástica, derretirla y moldearla nuevamente. Esto es excelente para el reciclaje y para reducir el desperdicio.
Clase de Material | Ejemplos Comunes | Características Clave | Aplicaciones Típicas |
Plásticos de consumo | Polietileno (PE), Polipropileno (PP), Poliestireno (PS), PVC | Bajo costo, fácil de procesar, bueno para uso general. No altamente especializado. | Embalaje, contenedores, juguetes, tuberías, artículos para el hogar. |
Plásticos de Ingeniería | Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS), Nylon (PA), Policarbonato (PC), Acetal (POM) | Mayor resistencia mecánica, mejor resistencia a la temperatura y durabilidad superior. Utilizado para piezas funcionales y que soportan estrés. | Carcasas electrónicas, engranajes, componentes automotrices, equipos de seguridad. |
Plásticos de Alto Rendimiento | Polieter éter cetona (PEEK), politetrafluoroetileno (PTFE), PEI (Ultem) | Resistencia excepcional al calor, a productos químicos y mecánica. Muy costoso y a menudo difícil de procesar, requiere equipos especializados. | Implantes médicos, componentes aeroespaciales, usos industriales a alta temperatura. |
2. Plásticos Termofijos
Los plásticos termoestables son bastante diferentes de los termoplásticos. Cuando los calientas y los moldeas, ocurre una reacción química que no se puede deshacer. Este proceso, llamado curado, crea una red fuerte y enlazada de moléculas. Una vez que un termoestable está curado, no puedes volver a derretirlo. Si intentas recalentar, se descompondrá o se quemará.
Debido a esto, los termofijos no se pueden reciclar de la manera habitual. Sin embargo, son muy estables, pueden soportar altas temperaturas y resisten mejor los productos químicos que la mayoría de los termoplásticos.
- Los tipos comunes incluyen fenoles (como la baquelita), epoxis, siliconas y melamina.
- Ten en cuenta: Los moldes de termoestable necesitan ser calentados para iniciar la reacción de curado, a diferencia de los moldes termoplásticos que se enfrían.
- Estos plásticos se utilizan a menudo para aislantes eléctricos, piezas de automóviles resistentes (como pistones de freno), partes de aviones que necesitan ser fuertes y mangos para herramientas de cocina.
Lista de 12 Materiales Comunes para Moldeo por Inyección
Puedes usar muchos materiales, pero si te ciñes a los doce más comunes, estarás preparado para aproximadamente el 90% de tus proyectos básicos.
1. Polipropileno (PP)
Características: Barato, resiste muy bien a los productos químicos y puede doblarse mucho sin romperse. Solo ten en cuenta que se encoge un poco al enfriarse, así que ten eso en cuenta al diseñar moldes.
Aplicaciones: bisagras de tapas de botellas (esa parte delgada de plástico), recipientes de alimentos, sillas de exterior y interiores de automóviles.
2. Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS)
Características: Un plástico súper común que es fuerte, duro y se ve bien. Es una buena opción cuando necesitas algo que dure.
Aplicaciones: Carcasas electrónicas, LEGOs, cuerpos de herramientas eléctricas y teclas de teclado.
3. Nylon (Poliamida, PA)
Características: Muy fuerte, resiste el desgaste y maneja bien el calor. Absorbe agua, lo que puede cambiar su tamaño y cómo se moldea, por lo que necesitas secarlo primero. Para mayor resistencia, a menudo se mezcla con fibras de vidrio (PA + fibras de vidrio).
Aplicaciones: Engranajes, rodamientos, piezas estructurales, piezas de motor e implantes médicos.
4. Policloruro de vinilo (PC)
Características: Realmente claro (casi como vidrio irrompible) y super fuerte contra impactos. Puede manejar altas temperaturas, pero puede agrietarse bajo estrés y necesita temperaturas de moldeo muy altas.
Aplicaciones: Gafas de seguridad, CDs/DVDs, faros, ventanas de seguridad y piezas médicas transparentes.
5. Polietileno de alta densidad (HDPE) / Polietileno de baja densidad (LDPE)
Características: No romperá el banco. El HDPE es rígido, resistente y resiste productos químicos. El LDPE es más suave y más flexible. Ambos se funden a temperaturas bastante bajas.
Aplicaciones: HDPE: Jarras de leche, botellas de detergente, tuberías. LDPE: Tapas flexibles, tapones y anillas de seis paquetes.
6. Poliestireno (PS)
Características: Barato y fácil de trabajar. Viene en dos tipos: Poliestireno de Uso General (GPPS, claro y quebradizo) y Poliestireno de Alto Impacto (HIPS, opaco y más resistente debido al caucho añadido).
Aplicaciones: utensilios desechables (GPPS), vasos de máquinas expendedoras (GPPS) y piezas de electrodomésticos (HIPS).
7. Elastómeros Termoplásticos (TPE)
Características: Plástico mezclado con goma. Actúa como plástico pero se siente como goma: flexible y elástico. A menudo se utiliza para moldear una capa suave sobre una parte de plástico duro.
Aplicaciones: Agarre (en cepillos de dientes, herramientas), sellos, juntas y recubrimientos suaves.
8. Acrílico (Polimetilmetacrilato, PMMA)
Características: Muy claro y resistente a los arañazos, pero más quebradizo y no tan fuerte como el policarbonato.
Aplicaciones: Lentes, cubiertas transparentes, guías de luz y envases cosméticos.
9. Acetal (Polioximetileno, POM)
Características: Rígido, no crea mucha fricción y mantiene el mismo tamaño de manera consistente. A menudo se utiliza en lugar de metal en partes móviles.
Aplicaciones: engranajes de precisión, rodamientos, cintas transportadoras, piezas de bloqueo y piezas de manejo de fluidos.
10. Tereftalato de Polietileno (PET)
Características: Generalmente tiene fibra de vidrio añadida para el moldeo (como PET-GF). Es rígido, tiene buenas propiedades eléctricas y es dimensionalmente estable, pero puede absorber humedad.
Aplicaciones: Conectores eléctricos, bobinas de bobinado, brazos de limpiaparabrisas de automóviles y carcasas de bombas.
11. Cloruro de polivinilo (PVC)
Características: El PVC duro se puede moldear y resiste productos químicos y condiciones climáticas. Debes vigilar la temperatura al trabajar con él para evitar daños.
Aplicaciones: Accesorios de tubería, cajas eléctricas y conectores de dispositivos médicos.
12. Polieterimida (PEI)
Características: A menudo se vende como Ultem. Es un plástico fuerte que soporta altas temperaturas, no se incendia fácilmente y mantiene la misma forma, incluso cuando está sometido a tensión.
Aplicaciones: interiores de aviones, bandejas médicas para esterilización y conectores eléctricos que manejan altas temperaturas.
Mejorando los Materiales: Rellenos y Aditivos
Las resinas base son solo el comienzo. Para que un producto haga exactamente lo que necesita, los fabricantes suelen ajustar el material con rellenos y aditivos. Conocer estos cambios es clave al elegir un material porque realmente pueden cambiar cómo se moldea y cómo funciona la pieza final.
1. Rellenos para Más Fuerza
Los rellenos a menudo se añaden para hacer un material más fuerte, más rígido y mejor en el manejo del calor. Pero esto puede aumentar su costo y no manejar el impacto tan bien.
- Fibras de vidrio: Este es el tipo de refuerzo más utilizado. Agregar fibras de vidrio (generalmente del 10% al 40% del peso) realmente aumenta la resistencia, rigidez y resistencia al calor de algo. Las piezas con vidrio tienden a encogerse más y de diferentes maneras. Además, debido a que el vidrio es áspero, puede desgastar el molde más rápido.
- Fibras de Carbono: Estas se utilizan cuando necesitas algo súper fuerte y rígido. Además, pueden hacer que el material conduzca electricidad. Ten en cuenta que cuestan más que las fibras de vidrio.
Rellenos Minerales (como Talco, Mica): Estos principalmente hacen que las cosas sean más rígidas, más baratas y más estables en tamaño (menos contracción) sin hacerlas mucho más fuertes como lo hacen las fibras.
2. Aditivos para Funciones Especiales
Estos se añaden en pequeñas cantidades para dar a un material habilidades adicionales además de ser simplemente fuerte.
- Estabilizadores UV: Si una parte va a ser utilizada en el exterior, estos son imprescindibles. Mantienen el plástico de descomponerse y volverse amarillo por el sol.
- Colorantes: Estos son tintes o pigmentos que le dan color al plástico.
- Retardantes de llama: Estos se añaden para cumplir con estrictas normas de incendio (como las calificaciones UL) para la electrónica o los interiores de automóviles. Pueden hacer que el material sea más difícil de trabajar y pueden cambiar su resistencia.
¿Qué no se puede hacer con moldeo por inyección?
Aunque el moldeo por inyección de plástico puede hacer mucho, no puede hacerlo todo. Saber lo que no puede hacer es tan útil como saber lo que puede hacer. Los materiales que no funcionan bien con el moldeo por inyección de plástico regular generalmente fallan porque o no pueden derretirse y fluir fácilmente o se descomponen cuando se solidifican.
1. Madera, papel y fibras naturales (en su forma natural)
Estas cosas no se derriten; se queman. Puedes mezclar harina de madera o fibras naturales con plástico, pero no puedes moldear la materia pura porque no fluirá correctamente y se quemará por el calor y la presión.
2. Cerámica
Hay un proceso especial llamado Moldeo por Inyección de Cerámica (CIM), pero no es lo mismo que el moldeo de plástico regular. Las cerámicas necesitan temperaturas extremadamente altas (más de 2,700°F) para unirse. Los moldes de plástico regulares se derretirían mucho antes de eso. CIM mezcla polvo de cerámica con plástico, lo inyecta, luego quema el plástico y hornea la cerámica en un horno. Es un proceso totalmente diferente, más largo y más costoso que el moldeo típico.
3. Metales que necesitan alta temperatura para fundirse
Puedes usar fundición a presión (para zinc y magnesio) y moldeo por inyección de metal (MIM), pero muchos metales comunes (como el acero) no se pueden poner en un molde regular. Se funden a temperaturas demasiado altas, por lo que necesitarías moldes hechos de metales especiales y costosos que son difíciles de trabajar. Eso hace que el moldeo de plástico regular sea demasiado caro.
Cómo elegir el material adecuado para el moldeo por inyección
Para elegir el mejor material, piensa en lo que necesita hacer, cuánto cuesta y cuán fácil es de fabricar.
1. Averigua qué necesita hacer la parte
Empieza aquí. ¿Para qué se utilizará la parte?
- Resistencia/Rigidez: ¿Necesita soportar peso o mantener su forma? (Considere Nylon, PC o ABS, tal vez con fibra de vidrio para hacerlos más fuertes.)
- Flexibilidad: ¿Necesita doblarse mucho? (Considere PP o TPE.)
- Resistencia a productos químicos/calor: ¿Estará expuesto a sustancias fuertes o altas temperaturas? (Considere Nylon, Acetal o plásticos resistentes como PEEK.)
- Resistencia al impacto: ¿Necesita manejar caídas o golpes? (Considere PC o ABS.)
2. Piensa en el diseño y cómo se hace
- Tolerancias: ¿Necesita ser súper preciso? Querrás un material que no se encoja mucho (como el Acetal) y un molde realmente preciso.
- Espesor de Pared: Materiales como el nylon o el PC pueden marcarse si las paredes son demasiado gruesas. El material afecta cuán gruesas o delgadas puedes hacer las paredes.
- ¿Apariencia?: ¿Necesita ser brillante y suave? El ABS y el acrílico generalmente se ven mejor que materiales como el nylon que contienen vidrio.
3. ¿Cuál es el costo?
Piense si el material vale el precio. A veces, las personas eligen un plástico elegante cuando uno más barato funcionaría igual de bien.
- Plásticos Comunes (PP, PE, PS): Opción más barata. Bueno para cosas cotidianas que no necesitan ser súper fuertes.
- Plásticos de Ingeniería (ABS, PC, Nylon): Buena combinación de precio y resistencia. Ideal para piezas que necesitan ser fiables.
- Plásticos Fuertes (PEEK, PEI): Mejor rendimiento, pero realmente caros. Úselos solo si los necesita para situaciones extremas (como en aviones, para herramientas médicas o cosas de aguas profundas).
Al pensar en lo que la parte necesita hacer primero y en lo que puedes permitirte al final, puedes encontrar el mejor material de moldeo por inyección para tu proyecto.
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