Universidad Nacional Experimental del Táchira
Vicerrectorado Académico
Departamento de Ingeniería Mecánica
Procesos de Manufactura II (0634704T)
PROCESAMIENTO Y FORMADO DE ESPUMAS DE POLIMEROS
Facilitador de la asignatura:
Prof. Omar Camargo
Participantes:
Apellidos
Moreno Guevara
Paredes Rojas
Parra Patiño
Nombres
David Alejandro
Alejandra Isabel
Javier Alejandro
San Cristóbal, septiembre de 2022
C.I.
25.632.053
26.016.599
25.602.033
Link exposición:
https://www.youtube.com/watch?v=eS0e7i1MB50
El objeto de estudio del presente trabajo se centró en la selección de un producto
que haya sido fabricado bajo el proceso de espuma de polímeros, específicamente espuma
de poliuretano el cual consiste en la mezcla de 2 ingredientes líquidos (poliol e isocianato)
que se mezclan e introducen de inmediato a un molde, de modo que el polímero se
sintetiza y al mismo tiempo se expande acorde la forma del molde. Se seleccionó un
colchón de espuma de poliuretano (Ver figura No. 1) que cumple con dicho proceso de
fabricación.
Figura 1. Sección de colchón de espuma de poliuretano
Las espumas no son más que la mezcla de un polímero con gas que da al material
una estructura celular porosa. Otros términos que se usan para las espumas de polímeros
incluyen polímero celular, polímero soplado y polímero expandido.
Hay varias formas diferentes de espumación y se pueden dividir en espumación
física, química, mecánica y sintáctica. En física, se mezcla gas o líquido de bajo punto de
ebullición con el material. La formación de espuma se basa en un cambio en el estado
físico del gas o líquido. En la formación de espuma química se añaden productos químicos
al material. En las condiciones adecuadas, los productos químicos reaccionan formando
un gas que se nuclea en burbujas. En la espumación mecánica, el gas se bate al material
como tal, como al hacer nata montada. La formación de espuma sintáctica significa
introducir esferas llenas de gas en el material. Las microesferas expandibles son pequeñas
bolas de plástico llenas de gas. En las condiciones adecuadas durante el procesamiento,
el gas se expande formando una celda de pared delgada. Debido a la estructura amorfa de
todos los polímeros, con el tiempo el gas se difundirá a la superficie del material y el aire
reemplazará al gas evaporado en las células a medida que el sistema intenta alcanzar el
equilibrio con la atmósfera.
El termino de celda abierta se usa cuando a través de las celdas puede transitar el
aire, y cerrada cuando están rellenas por el mismo polímero, normalmente una espuma se
compone de una combinación (Ver figura No. 2)
Figura No. 2 – Sección trasversal de la espuma de poliuretano
El proceso que tendrá lugar será el de espumación química ya que el poliuretano se
forma básicamente por la reacción química de los compuestos poliol e isocianato, aunque
su formulación necesita y admite múltiples variantes y aditivos. Dicha reacción libera
dióxido de carbono, gas que va formando las burbujas.
Según el sistema de fabricación, se pueden dividir los tipos de espumas de
poliuretano en dos tipos:
•
Espumas en caliente: son las espumas que liberan calor durante su
reacción, fabricadas en piezas de gran tamaño, destinadas a ser cortadas
posteriormente. Se fabrican en un proceso continuo, mediante un dispositivo
llamado espumadora, que básicamente es la unión de varias máquinas, de las cuales
la primera es un mezclador, que aporta y mezcla los diferentes compuestos de la
mezcla; la segunda es un sistema de cintas sin fin, que arrastra la espuma durante
su crecimiento, limitando su crecimiento para darle al bloque la forma deseada; y
la parte final de la espumadora es un dispositivo de corte, para cortar el bloque a la
longitud deseada. Generalmente son las más baratas, las más utilizadas y conocidas
por el público general.
•
Espumas en frío: son aquellas que apenas liberan calor en la
reacción, se utilizan para crear piezas a partir de moldes; como rellenos de
otros artículos; como aislantes, etc. Se fabrican mediante una espumadora
sencilla, que consiste en un dispositivo mezclador. Normalmente suelen ser
de mayor calidad y duración que las espumas en caliente, aunque su coste
es bastante mayor
Para nuestro caso el producto seleccionado es fabricado por espuma de poliuretano
flexible donde su estructura celular es abierta y elástica, a comparación de las espumas
de caucho natural y látex SBR son menos inflamables y tienen mejor resistencia a la
corrosión por rayos UV las cuales se traducen a envejecimiento del mismo. El principal
interés del conformado de este tipo de espuma flexibles de poliuretano es la
amortiguación y resiliencia, como es de esperar en un colchón al momento de hacer
presión sobre la superficie este soporte nuestro peso y al momento de liberar presión este
vuelva a su estado original.
El proceso para conformar este tipo de colchones a gran escala con la mezcla de los
compuestos poliol e isocianato, a diferencia del proceso de fabricación de espumas de
poliestireno que se realizan por extrusión, este se inicia bajo el proceso de vertido que
involucra la aplicación de los ingredientes desde una cabeza mezcladora hacia un molde
abierto o cerrado en el que tienen lugar las reacciones. Depende de la cantidad de mezcla
dependerá el tamaño del molde. Una vez finalizada la reacción se desmoldea la pieza,
obteniendo así un bloque de baja densidad, gran tamaño, poroso, suave y resiliente. De
aquí se lleva hacia la sección de corte, donde se tendrá en cuenta una medida estándar
para la venta del mismo, sabiendo que de cada bloque se sacaran n cantidad de piezas
para esquematizar costos, una vez cortada la pieza se procede a realizar el relieve
superficial mediante un rodillo que deformará la pieza plásticamente acorde a la figura
que este tenga impresa luego de ser cortada. Así finalmente se le darán los acabados
necesarios como medidas estándar de venta y distribución, empaquetado y marcado. Cada
proceso antes mencionado requiere de mano de obra y maquinaria pesada, expertos en la
materia para el calculo de la cantidad de componentes a mezclar, personal capacitado para
el mantenimiento y preparación de las piezas y proceso de marketing para su distribución
y venta.
Como medidas de control para el proceso expuesto se pueden mencionar; costillas
de refuerzo que minimizan las marcas de hundimiento en la pared exterior; en cuanto al
molde evitar esquinas muy agudas; el uso de ahusado para facilitar la remoción del molde.
También podemos mencionar para el área del personal el uso de equipos de protección,
maquinaria de calidad para la obtención de resultados idóneos, así como el uso de
componentes y aditivos para la mezcla que sean de buena calidad, pruebas y ensayos que
permitan verificar la calidad del producto final para su venta y distribución.
Una de las grandes ventajas de este tipo de proceso podemos mencionar su
expansión en gran volumen del molde, ya que con poca materia prima se puede obtener
una buena cantidad del producto final, así como también este proceso a menor escala
puede ser realizado manualmente. Otra ventaja es que este material no es combustible,
pero cabe destacar que este genera gases nocivos para el ambiente y humanos cuando
entra en contacto con el fuego. La desventaja mas notoria a nivel industrial y comercial
es los altos costos de la maquinaria usada, desde el punto de vista de mantenimiento,
compra o incluso alquiler de las mismas.
Entre los usos mas comunes de este tipo de espuma además de ser usada para
colchones, se usan secciones del mismo para diferentes tareas, las cuales podemos
mencionar:
•
Aislamientos
•
Revestimientos
•
Protector de columna
•
Suelas de zapatos
•
Protectores para transporte de piezas delicadas
•
Almohadillas
Otro tipo de materiales que se pueden procesar bajo el método expuesto podemos
mencionar aquellas que se componen por moldeo con forma especifica, así como
•
Ropa deportiva
•
Neumáticos
•
Piezas de coche
•
Adhesivos