PREPARACIÓN PARA EL PROCESAMIENTO
La preparación para el procesamiento es muy importante para llevar a cabo una manufactura
sin problema alguno de piezas moldeadas de elastómero de poliuretano de alta
calidad, así como en cualquier otra etapa de la producción. La determinación y mantenimiento
de un apropiado control de relación de mezcla en la formulación, es crucial para
lograr el procesamiento deseado y las propiedades características. La relación de mezcla
puede verse afectada en diversas formas: medida actual de la producción de los componentes
y cambios en la temperatura ó presión de los flujos de los componentes individuales.
Estos parámetros deben ser controlados para asegurar que las propiedades físicas y
dinámicas máximas puedan lograrse. El diseño del molde y su preparación, afectan la comodidad,
eficiencia y el rango de producción de una operación de moldeo. En casos en
los que el poliuretano sea unido a un metal u otro sustrato, la superficie debe ser apropiadamente
preparada; seleccionarse y aplicarse un promotor de adhesión adecuado. De
otra forma, puede ocurrir una falla prematura en la unión entre el elastómero de poliuretano
y el inserto metálico.
Control de Proporción
La proporción de equivalentes de isocianato en el prepolímero a los equivalentes de
hidroxilo a lo largo de la cadena (NCO/OH) se refiere comúnmente como el índice de la
formulación. El índice de la formulación se mantiene cerca de uno, para producir los más
altos pesos moleculares, lo que proporcionará al elastómero sus propiedades y características
de procesamiento. Un ligero exceso de grupos de isocianato es preferible a un exceso
de grupos hidroxilo, debido a que el exceso de isocianato puede seguir reaccionando
y formar entrecruzamientos. En comparación, el exceso de grupos de hidroxilo en la formulación
no seguirá reaccionando, y tendrá como resultado un elastómero de bajo peso
molecular con propiedades y procesamiento deficientes.
Las variaciones del índice, afectan las propiedades de los sistemas de prepolímeros de Hysol.
Las propiedades de tensión y desgarre aumentan con un índice de alrededor de la
unidad, debido al aumento en el peso molecular del polímero, además su set de compresión
disminuye. Teóricamente, con un índice, exactamente de 1, se alcanza la equivalencia
estequiométrica, y se obtiene un polímero tenaz, predominantemente lineal con una
resistencia al desgarre máxima. Las formulaciones con un contenido de grupos de isocianato
en exceso (índice>1.0) muestran un decremento en la elongación, resistencia al desgarre
y resistencia a la compresión debido a la formación de alofanatos. El índice tiene un
mínimo efecto en la dureza del elastómero. Estas tendencias se observan generalmente
en todos los sistemas de prepolímeros Hysol.
Como ya mencionamos, la reducción de las propiedades no es tan severa cuando la variación
es mayor de 1.0. La clave del éxito está en mantener el índice mayor a uno, pero
suficientemente cerrado para maximizar las propiedades. Variaciones en el índice, afectarían
el procesamiento. De los prepolímeros Hysol, piezas producidas con variaciones en
la estequiometría, resultarán en tiempos de gelado mayores o sin gelar. Esto es más evidente
en sistemas producidos con un índice menor de 1. Problemas similares al procesar
sistemas menos sensibles, como prepolímeros TDI curadosmetilen is o-cloroanilina
(MbOCA), pueden pasar desapercibidos y finalmente poner piezas defectuosas en servicio.
Con el objeto de proporcionar el mejor balance en las propiedades, es recomendable
una vari ción entre 1.01 y 1.06 para los sistemas de prepolímeros Hysol. La variación puede
ajustarse para optimizar propiedades específicas para aplicaciones individuales. Para garantizar
la calidad de producto y la consistencia durante una corrida de producción, se
debe mantener el índice adecuado a través de un control cuidadoso de las proporciones
de flujo de los componentes.
Calibración de Flujo
La calibración de la proporción de flujo del componente deberá ser un procedimiento
estándar para todos los procesadores de sistemas de poliuretano. El equipo tiene que calibrarse
diariamente ó para cada cambio de turno de producción. La calibración es especialmente
importante cuando se cambia a un sistema de prepolímero diferente. Incluso
las máquinas que cuentan con medidores de flujo, necesitan calibrarse diariamente para
asegurarse de que no habrá problemas mecánicos.
Una mezcladora debe diseñarse para proporcionar una precisión de flujo medido del
±0.5%. Los procedimientos de calibración específicos difieren según el tipo de máquina
aunque estas involucren los mismos principios básicos. Los procedimientos de calibración
generales consisten en la medición y ajuste por separado de la proporción de los flujos de
componente para igualar los índices de flujo deseados.
El procedimiento es como sigue:
1. Calcular el índice de flujo deseado para una formulación dada a partir del contenido
de NCO del prepolímero, peso equivalente de agente de curado, y de la proporción
de NCO/OH.
2. Haga una corrida para cada componente en recipientes u otros contenedores pretarados,
limpios y por separado, por un periodo preciso de tiempo. Lleve a cabo la calibración
a índices de flujo, presiones y temperaturas consistentes con los parámetros de producción
esperados.
3. Determine exactamente los pesos y compare con la proporción objetivo.
4. Registre un mínimo de tres corridas de calibración del tamaño adecuado para cada
componente pesado y premedido, para garantizar la precisión y la exactitud de las proporciones
de flujo.
5. Basado en los resultados, ajuste la velocidad de la bomba y/o la línea de presión para
conseguir los rangos de producción apropiados.
Efectos de la Temperatura y la Presión.
La temperatura afecta las operaciones de moldeo y la calidad final de las piezas, ambos
directa e indirectamente. Las fluctuaciones de la temperatura pueden afectar la reactividad
de un sist ma, el cual, en cambio, puede provocar tiempos de desmolde más prolongados
(muy frío) o desprendimiento de las intercapas del poliuretano ó del poliuretano al
sustrato (muy caliente).
Las variaciones en la temperatura conducen también a cambios en la densidad y viscosidad,
tanto del prepolímero como del agente de curado. Estos cambios afectan la presión
de la línea, ocasionando variaciones en la proporción de flujo, el cual impacta directamente
en el índice y de ahí las propiedades finales de la pieza moldeada. Para monitorear
estas posibles situaciones, se deben instalar calibradores de presión en la zona de bombeo
de materiales y monitorear de cerca, para asegurar una salida constante de contrapresión.
Los calibradores de presión se deben usar para medir la presión de la línea lo más
cercano posible a él cabezal de mezclado. Es extremadamente importante para las
máquinas que no están equipadas con controladores de flujo. Si las presiones fluctúan significativamente,
podría ser indicador de un cambio en la temperatura del material o un
problema de bombeo. La viscosidad del prepolímero decrece rápidamente conforme la
temperatura se incrementa entre 50° - 100°C y permanece relativamente constante en
altas temperaturas. Las máquinas equipadas con un control de emergencia, son menos
propensas a una desviación del flujo causada por ligeras fluctuaciones de la temperatura
y la presión.
DEGASIFICACIÓN DE PREPOLÍMEROS
Podría atraparse aire en el prepolímero durante su transporte o manejo. Por lo tanto, se
vuelve necesario degasificar el prepolímero previo a su procesamiento para reducir la porosidad
en el producto final. El degasificado, es el proceso de calentamiento del prepolímero
al vacío, a temperaturas de 70° - 100°C, dependiendo del tipo de prepolímero, mientras
se está agitando.
Conforme se va incrementando la temperatura, la viscosidad y la tensión superficial del
material decrecen, y el aire atrapado es liberado rápidamente del prepolímero. El tiempo
de degasificación requerido depende de la cantidad de prepolímero a degasificar, la
temperatura, la presión de vacío y la cantidad de aire atrapado en el material.
La degasificación de los prepolímeros Hysol puede completarse con otras técnicas, ya sea
continuas o por lotes.
Degasificación por Lotes.
A pesar de que este procedimiento fue desarrollado para lotes pequeños en el laboratorio,
el mismo concepto se aplicó a gran escala en muchas plantas de producción. La degasificación
por lotes involucra la colocación del prepolímero en un reactor aprobado para
degasificación al vacío, calentándolo a la temperatura de procesamiento, después se
agita el prepolímero mientras manteniendo el vacío en 28 . 30 mmHg. El tanque debe ser
lo suficientemente grande para contener el doble del volumen de material que se va a
degasificar, lo que permitirá que el espumado se realice sin complicaciones. Después de
que el prepolímero ha sido completamente degasificado, estará listo para su procesamiento.
Degasificación Continua.
Para la degasificación continua aplica los mismos principios básicos de la degasificación
por lotes. Sin embargo, el procedimiento continuo es más eficiente para propósitos de producción.
La unidad de degasificación continua toma automáticamente el prepolímero
del contenedor, lo calienta a una temperatura predeterminada, degasifica el prepolímero
en minutos y lo descarga bajo vacío, directamente a la máquina dosificadora. La unidad
de degasificación mantiene al prepolímero a temperatura y nivel constantes durante su
uso, ya sea continuo o intermitente. Cuando el flujo de prepolímero es interrumpido, por
cualquier motivo, el material se recircula a través de la unidad de degasificación. Los beneficios
de la degasificación continua son:
F Alta productividad y precisión.
F Control de temperatura de ±2°C, lo que permite un excelente control de proporción.
F Menor desperdicio de material debido a contaminación o sobrecalentamiento del prepolímero.
F Facilidad de operación y mantenimiento mínimo.
F Eficiencia de energía.
OPERACIONES DE VACIADO
Medición y Mezclado.
Siga el Procedimiento de Operación Estándar para su equipo de medición a fin de alcanzar
los parámetros requeridos, tales como temperatura, presiones índices de flujo y variación
del material, para su aplicación en particular. Una buena calidad de mezclado es
esencial para todos los sistemas de elastómero de poliuretano moldeado. Si se limita el
mezclado, afectará la calidad de la superficie y el desempeño de la pieza final. Un mezclado
inadecuado, puede ocasionar estrías, rupturas y fisuras en la pieza terminada, particularmente
en vaciados grandes.
Es más probable que exista un mezclado limitado cuando las viscosidades del compone
te difieren grandemente ó cuando el componente es incompatible y difícil de mezclar. En
estos casos, puede requerirse incrementar la temperatura del componente y usar velocidades
de mezclado mayores, para conseguir la calidad de mezclado necesaria.
Precalentamiento del molde y Desmolde.
Mantenga la temperatura de molde apropiada, previo a y durante el vaciado, para reducir
los defectos en el elastómero curado. Las temperaturas de molde menores a 100°C, a
menudo resultan en un curado insuficiente pueden ocasionar imperfecciones de superficie.
Las temperaturas de molde excesivas provocan altas exotermias de reacción y defectos
debidos a altos encogimientos ó en algunos casos, expansión de la pieza de poliuretano.
La temperatura de molde apropiada depende del tamaño y complejidad del molde, y lo
más importante, la formulación que va a ser vaciada. Considere la capacidad calorífica y
la masa del molde para determinar el periodo de precalentamiento previo al vaciado.
Terminado el precalentamiento, provea una temperatura uniforme a lo largo del cuerpo
del molde. Cuando se aplica el desmoldante al molde, se debe permitir que los solventes
se vaporicen antes del vaciado. Esto reducirá los defectos de superficie en la pieza vaciada,
debido a que existe una interacción solvente poliuretano.
Llenado del Molde.
La técnica apropiada de vaciado para una configuración del molde dada, deberá ser
desarrollada para obtener vaciados libres de burbujas. Dentro de los muchos métodos que
pueden ser usados para vaciar una mezcla en un molde, utilice un método, en el cual se
puedan evitar las salpicaduras y el atrapamiento de aire. Llene los moldes en un área bien
ventilada, para minimizar la exposición a los vapores.
Postcurado.
Después de que las piezas de elastómero han sido desmoldadas, se pasan a un horno de
convección mecánica, dentro de un intervalo mínimo de tiempo, para su postcurado. Es
muy importante no permitir que la pieza se enfríe durante su transferencia. Las temperaturas
de postcurado en el horno recomendadas son de 110 . 125°C por 16 . 24hrs. Un flujo de aire
en el horno suficiente, es vital para un postcurado completa de la pieza. Para conseguir un
flujo de aire máximo, utilice rejillas tipo cuadrícula y no amontone las piezas una encima de
otra. Las piezas deben colocarse de manera que no tome la forma de una superficie desigual
ó aguda cuando es calentada durante el proceso de postcurado. Además, no sobrellene
el horno para no impedir el flujo de aire. Esto podría provocar que el periodo de postcurado
se extienda y las propiedades finales del elastómero también.
Los estudios que permiten determinar los efectos de postcurados variables en las propiedades
del elastómero de poliuretano moldeado Hysol, revelan que las temperaturas de postcurado
deberán estar ligeramente por encima de la temperatura de transición vítrea del segmento
rígido del elastómero, pero que no excedan las temperaturas que causan una degradación
significante del poliuretano. Las combinaciones de postcurados múltiples y el curado
a temperatura ambiente, muestran un importante incremento de las propiedades, especialmente
cuando se requiere de un desempeño dinámico óptimo. Un postcurado adecuado
puede reducir bastante el tiempo de maduración requerido para conseguir las propiedades
físicas y dinámicas finales.
Maduración.
Seguido de postcurado del elastómero, la polimerización es continua en las cadenas del
polímero, durante el periodo de maduración. Esta polimerización es importante, por su contribución
a las propiedades finales del material. Los cambios que ocurren durante la madur
ación, aparentemente esta relacionado a el entrecruzamiento, supuestamente a través de
la formación de alofenatos.
Se requiere de un periodo de maduración de por lo menos 7 . 8 días a temperatura ambiente
de 25 . 30°C, para que las piezas tengan un postcurado apropiado antes de que el poliuretano
alcance sus propiedades estáticas finales. Es recomendable un mínimo de 30 días de
maduración a temperatura ambiente para que la pieza alcance sus propiedades dinámicas
finales, no obstante el tiempo de maduración es depende del espesor de la pieza. En general,
las piezas con secciones transversales gruesas requieren de tiempos de maduración más
grandes. Un segundo postcurado, similar al primero, puede reducir el periodo de tiempo requerido
para conseguir un desempeño dinámico óptimo.
Un catalizador puede acelerar el desarrollo de las propiedades dinámicas. Por consiguiente
donde se consideran las aplicaciones dinámicas u otras aplicaciones críticas, los
efectos de la maduración y catálisis tendrán que ser cuidadosamente evaluados.
Evite las condiciones por debajo de las ambientales, ya que esto puede ser perjudicial
para el proceso de maduración. También, considérense los efectos de las bajas temperaturas
cuando se almacenen o embarquen nuevamente las piezas procesadas en climas
fríos.
ACABADO Y MAQUINADO
Algunas veces es necesario maquinar las piezas moldeadas de elastómeros de poliuretano,
hechos con los sistemas Hysol, esto para nivelar la superficie de la pieza, opacar la pieza,
para cepillar o filetear la pieza, o para cumplir con las tolerancias dimensionales. Los
elastómeros vaciados hechos con los sistemas Hysol pueden ser maquinados con torno,
fresadora, taladro, esmeril y otros procesos similares. Los elastómeros con dureza 90 shore
A o mayor se prestan mejor al maquinado que los que son más suaves, que son más fácilmente
flexionados por las herramientas. Comparado con el acero mecanizable, los
ángulos son más estrechos, mientras las aristas frontales y los ángulos de los entrehierros
son más anchos. El rango de alimentación es lento como para permitir pequeños ajustes
de la profundidad y con pocas excepciones, el corte es en seco.
Para mayor seguridad, generalmente, es necesario mantener el lugar ventilado cuando
se maquinan elastómeros de poliuretano. Las cargas electrostáticas pueden generarse
en las partes metálicas de las unidades de ventilación como resultado de la fricción causada
por el polvo o por virutas. Tomando algunas medidas, se deben aterrizar las unidades
de ventilación extractiva, para prevenir la generación de calor en la viruta del elastómero,
lo que podría afectar su desempeño.
Torneado Directo con cortador de acero rápido.
Las condiciones para el torneado directo de los elastómeros hechos con los sistemas Hysol,
usando cortador de acero rápido se proporcionan en la Tabla 5.
Cortado.
Las condiciones para el cortado son las mismas que las proporcionadas en la Tabla 5.
Cua do se dividen laminas delgadas, se fija un ángulo entre 50° y 15°, mientras se mantiene
el mimo ángulo de los entrehierros. Ya que el cortado produce una cantidad relativamente
grande de calor por fricción, se usa una emulsión de taladrado para enfriar.
Fresado.
Los elastómeros de poliuretano moldeado, hechos con los sistemas Hysol que tienen una dureza
60 shore A o mayor, puede ser fresado bajo las siguientes condiciones:
Contorno del cortador, b: 10°/25°
Velocidad de corte, v: 200 . 400 m/min.
Con la finalidad de asegurar una adecuada eliminación de la viruta, la fresa debe ser ajustada
con sólo unos cuantos dientes.
Taladrado.
Use las brocas con puntos angulares de 150° a una velocidad de corte de 40 . 50 m/min., y
rangos de avance de 0.01 . 0.03 mm/rev. Se puede utilizar un rango de avance más alto con
los elastómeros duros, hechos con los sistemas Hysol (>90 shore A). No es necesario ninguna
emulsión para taladrar barrenos mayores a una profundidad de 20 mm. El diámetro del barreno
en elastómeros suaves puede ser hasta 4% más pequeño que el diámetro de la broca.
Esmerilado.
Los elastómeros hechos con los sistemas Hysol pueden ser esmerilados en las mismas máquinas
y en las mismas condiciones que los hules. Podrían obtenerse excelentes calidades de
superficie, bajo las condiciones mencionadas en la Tabla 6, utilizando ruedas dentadas de
corindón unido con cerámica y alúmina especial fundida.
Las velocidades de corte (v), que resultan del diámetro y de la velocidad de las ruedas dentadas
son 14 - 40 m/s.
En caso de que el elastómero tienda a aglomerarse durante la molienda, primero maquine
unas décimas de milímetro de la superficie. Después del ajuste final de la rueda, permita que
la rueda pase por encima de la pieza de trabajo una o dos veces sin reajustarla. Esto producirá
una superficie más lisa.
Cortado.
Las cuchillas de acero con un ángulo de aproximadamente 10°, son convenientes para cizallar
o cortar películas de elastómero. A fin de obtener aristas cortadas uniformemente con
vértices circulares o secciones recortadas, use cortadores rotativos. Utilice lubricantes neutros
como aceites de silicona, esto para minimizar la fricción producida durante el corte.
NOTA:
Las informaciones y recomendaciones dadas sobre métodos, manejo y uso de este producto están basadas en
el conocimiento y la experiencia de HIMSA y se presentan en este boletín de buena fe.
Dado que HIMSA, como abastecedor del material, no ejerce ningún control sobre el uso de este producto, no se
aceptan responsabilidades legales por tales recomendaciones.
En particular, ninguna responsabilidad es aceptada por HIMSA por cualquier sistema o aplicación en los cuales
este producto se utilice.
Las obligaciones legales de HIMSA deberán ser estipuladas y definidas a través de contratos de venta.
La publicación de este boletín como así también la venta de este producto no implica que se este dando libertad
de uso del mismo en alguna aplicación o proceso previamente patentado.
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