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Moldeo por Inyección de TPU: Guía de Proceso, Materiales y Control de Proceso
Creado 02.02
El moldeo por inyección de TPU se utiliza ampliamente para producir componentes de plástico flexibles pero duraderos para aplicaciones exigentes. Gracias a su amplio rango de dureza, excelente elasticidad y fuerte resistencia al desgaste y a los productos químicos, el TPU se ha convertido en un material preferido en industrias que requieren tanto rendimiento como flexibilidad de diseño.
Esta guía explica qué es el TPU, cómo funciona el moldeo por inyección de TPU y cómo optimizar materiales, máquinas y parámetros de procesamiento para obtener resultados consistentes.
¿Qué es el TPU? Comprendiendo el Poliuretano Termoplástico
El poliuretano termoplástico, comúnmente conocido como TPU, es una clase única de plásticos de poliuretano con muchas propiedades, que incluyen elasticidad, transparencia y resistencia al aceite, la grasa y la abrasión. Técnicamente, es un elastómero termoplástico que consta de copolímeros de bloque segmentados lineales compuestos por segmentos duros y blandos.
Las Ventajas Principales del TPU
El TPU es una especie de mezcla entre goma y plástico. Esto es para lo que es bueno:
- Muy elástico: Puede estirarse mucho y volver a su forma original.
- Fuerte y duradero: Puede soportar cargas pesadas y resistir golpes mejor que el PVC normal.
- Resistente a Químicos: No se descompone al entrar en contacto con aceites, grasa o solventes.
- Funciona en Diferentes Temperaturas: Permanece flexible cuando hace frío y se mantiene bien cuando se calienta bastante.
- Muchas opciones de dureza: Puedes hacer que el TPU sea tan blando como una banda elástica o tan duro como un plástico resistente.
TPU vs. Otros materiales
A diferencia del caucho termoestable, que requiere un largo proceso de curado, el TPU se puede procesar en equipos convencionales de moldeo por inyección. Esto lo hace más eficiente para la producción en masa. En comparación con plásticos estándar como el PE o el PP, el TPU ofrece una resistencia al desgaste y un "agarre" táctil significativamente mejores, por lo que es el material de elección para fundas protectoras, casquillos automotrices y suelas de calzado.
Fundamentos del material TPU para moldeo por inyección
Conocer los conceptos básicos de los gránulos de TPU que estás utilizando es clave antes de empezar a fabricar algo.
TPU de poliéter vs. poliéster
Hay principalmente dos tipos de TPU:
- TPU de poliéster: Ideal para resistir el aceite y el desgaste. A menudo se elige para piezas de máquinas que entran en contacto con combustible. Pero el agua puede degradarlo.
- TPU de poliéter: Se mantiene flexible en frío y resiste bien los daños por agua. Funciona mejor cuando se expone a la humedad o a gérmenes, como en tubos médicos o equipos para exteriores.
Selección de la dureza adecuada
La dureza del TPU se mide conescalas Shore A y Shore DShore A es para materiales más blandos (como 60A a 90A), y Shore D es para materiales más duros y rígidos. Obtener el grado correcto es súper importante porque cambia cuánto se encoge el material y cuánta presión necesitas para inyectarlo.
Cómo Almacenar y Preparar el Material
El TPU tiende a absorber humedad del aire. Incluso una pequeña cantidad de agua en los gránulos puede causar problemas como burbujas, marcas y piezas débiles. Siempre mantén el TPU en recipientes herméticos y asegúrate de secarlo antes de usarlo.
¿Se Puede Inyectar TPU Blando? Dureza e Impacto del Proceso
Una pregunta común entre los fabricantes es: ¿se puede inyectar TPU blando? La respuesta es un sí definitivo. Los grados de TPU tan blandos como 60A o incluso inferiores se utilizan frecuentemente en el moldeo por inyección. Sin embargo, cuanto más blando es el material, más "exigente" se vuelve el proceso.
Procesamiento de TPU Blando vs. Duro
- TPU Blando (60A - 85A): Estos materiales tienen un alto coeficiente de fricción. Los TPU blandos suelen adherirse a los moldes, lo que dificulta su extracción. Además, es necesario mantener bajas las temperaturas de fusión para evitar el goteo de la boquilla.
- TPU Duros (90A - 70D): Estos se comportan más como plásticos de ingeniería convencionales. Fluyen mejor y se enfrían más rápido, pero necesitará usar presiones de inyección más altas.
Desafíos con TPU Ultra-Blando
Los TPU muy blandos pueden pandearse en el área de alimentación de la máquina de moldeo por inyección. Para solucionar esto, los expertos suelen utilizar tornillos especiales con menor compresión. También se aseguran de que la superficie del molde esté texturizada o recubierta para que la pieza no se pegue al ser expulsada.
Pasos Detallados del Proceso de Moldeo por Inyección de TPU
Lograr un acabado de alta calidad requiere un enfoque disciplinado en las cinco etapas del ciclo de moldeo.
- Secado del Material: Este es el paso más crítico. El TPU debe secarse hasta un contenido de humedad inferior al 0.02%. Utilice un secador deshidratante a 80–110°C durante al menos 3 a 5 horas.
- Alimentación y Fusión: Los gránulos secos entran en la tolva y son empujados hacia adelante por el tornillo. A medida que los gránulos se mueven a través de las zonas calentadas del cilindro, se transforman en una masa fundida homogénea.
- Inyección: El tornillo actúa como un émbolo, forzando el TPU fundido en la cavidad del molde. Aquí se requiere alta precisión para asegurar que la cavidad se llene sin causar "rebabas" (material en exceso).
- Enfriamiento y Solidificación: Una vez que la cavidad está llena, el material debe enfriarse. El TPU tiene una tasa de cristalización relativamente lenta en comparación con algunos otros plásticos, por lo que los tiempos de enfriamiento pueden ser ligeramente más largos para asegurar que la pieza alcance la dureza suficiente para la expulsión.
- Expulsión y Post-Procesamiento: El molde se abre y unos pasadores empujan la pieza hacia afuera. Algunas piezas de TPU pueden requerir "recocido" (post-calentamiento en un horno) para alcanzar sus propiedades físicas finales y estabilidad dimensional.
Requisitos para la máquina de moldeo por inyección de TPU
Moldeo por inyección de TPU no requiere máquinas especiales en absoluto, pero sí tienes que configurar el equipo estándar correctamente debido a cómo se comporta la TPU. Empieza con el tornillo y el cilindro: un tornillo regular de tres zonas con una relación L/D de 15:1 a 20:1 funciona muy bien, siempre que tenga una válvula para evitar que el material fluya hacia atrás. Elegir la boquilla adecuada también es importante. Generalmente se recomiendan las boquillas abiertas para evitar obstrucciones y daños por calor, que pueden ocurrir con las boquillas de aguja.
Los buenos resultados también dependen del diseño del molde. Necesitas pensar en cuánto se encoge el TPU (generalmente entre 0.5% y 2.0%) y asegurarte de que haya una buena ventilación para evitar quemaduras por aire. Dado que el TPU (principalmente el tipo más blando) tiende a adherirse, agrega ángulos de desmoldeo de al menos 5 a 6 grados para ayudar a que las piezas salgan fácilmente.
Configuración de Temperatura Óptima para TPU
El control de la temperatura es la diferencia entre una pieza perfecta y un montón de desechos. El TPU es sensible a la degradación térmica, por lo que el perfil de temperatura debe ser monitoreado cuidadosamente.
Zona de la Máquina | TPU Blando (60A-85A) | TPU Duro (90A-70D) |
Zona Trasera (Alimentación) | 170 – 190°C | 190 – 210°C |
Zona Media | 180 – 200°C | 200 – 220°C |
Zona frontal (boquilla) | 185 – 205°C | 210 – 230°C |
Temperatura de fusión | 190 – 210°C | 210 – 235°C |
Temperatura del molde
La temperatura del molde generalmente debe mantenerse entre 15°C y 50°C. Un molde más frío resultará en un tiempo de ciclo más rápido, pero puede aumentar las tensiones internas. Un molde más cálido mejora el brillo de la superficie y reduce las líneas de flujo.
Parámetros clave de proceso adicionales
Más allá de la temperatura, varias otras configuraciones dictan el éxito de la inyección de material TPU.
Parámetro | Ajuste Recomendado | Impacto |
Velocidad de Inyección | Lenta a Moderada | Las altas velocidades pueden causar calentamiento por cizallamiento y quemaduras del material. |
Presión de Inyección | 20 – 100 MPa | Depende de la complejidad de la pieza y la dureza del material. |
Contrapresión | 0.3 – 1.5 MPa | Una baja contrapresión evita el cizallamiento excesivo y la atrapamiento de aire. |
Velocidad del Tornillo | 20 – 50 RPM | Mantiene el fundido uniforme sin sobrecalentar el material. |
Errores Comunes a Evitar
- Sobrecalentamiento: Si el fundido permanece en el cilindro demasiado tiempo a altas temperaturas, las cadenas de TPU se degradarán, lo que provocará piezas quebradizas.
- Secado Insuficiente: Esto conduce a "líneas plateadas" en la superficie y una pérdida significativa de resistencia a la tracción.
- Alta presión de inyección: Usar demasiada presión puede hacer que la pieza se "sobre-llene", lo que hace casi imposible extraerla del molde sin deformación.
Conclusión
El moldeo por inyección de TPU ofrece una solución versátil para crear componentes duraderos, flexibles y de alto rendimiento. Al comprender la distinción entre los tipos de poliéter y poliéster, garantizar protocolos de secado rigurosos y ajustar sus configuraciones de temperatura y presión, puede producir piezas de alta calidad con un desperdicio mínimo.
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