WIT y Twinshot: dos novedades en inyección

Tecnología de inyección con agua (Water Injection Technology)
En los últimos años, la tecnología de inyección asistida con gas (GAIM, gas assisted injection molding) ha ido ganando espacio en la industria, hasta tal punto que para muchos transformadores se ha convertido en un proceso estándar. Sin embargo, durante este período aparece una nueva tecnología que permite producir piezas huecas inyectadas empleando agua en vez de gas.

La tecnología de inyección con agua (WIT) fue desarrollada durante los últimos tres años en el Instituto de Procesamiento de Polímeros - IKV localizado en Aachen (Alemania). A pesar de su reciente desarrollo, ya es una tecnología comercial en la cual varios fabricantes de máquinas inyectoras han incursionado y otros anuncian que pronto estarán en el mercado. Comercialmente ya se conocen nombres como: WAIM; WID; WIM; Aquamould; Watermould; Watermelt; Aquapress y Waterpress, entre otros.

El objetivo principal perseguido con WIT fue reducir el tiempo de enfriamiento en la producción de artículos huecos inyectados tales como manijas y ductos entre otros. En este caso, el espacio hueco generado al interior de los productos termoplásticos es producido con agua, la cual tiene: un relativo menor costo; disponibilidad en las plantas de procesamiento; puede ser reutilizada; no se evapora al entrar en contacto con el polímero fundido y se comporta como un buen agente refrigerante. Esta eficiencia térmica permite que los tiempos de enfriamiento se puedan reducir hasta en un 70% al compararlos con la tecnología de inyección asistida con gas (GAIM). Adicional al aspecto térmico, con WIT es posible lograr espesores más delgados y uniformes que con GAIM al igual que superficies internas más finas y pulidas.

El concepto general de operación de la tecnología de inyección asistida con agua está basado en el llenado parcial de la cavidad con polímero fundido seguido de la inyección de agua, la cual actúa como un pistón ejerciendo presión sobre el polímero fundido presente al interior de la cavidad del molde, obligándolo a desplazarse y a ocupar el espacio restante de la cavidad.

La temperatura del agua es del orden de la temperatura de pared del molde, oscilando entre 10° C y 80° C, lo cual depende del tamaño del producto inyectado, el material termoplástico y las propiedades requeridas para el artículo final. Cuando el polímero que se encuentra en contacto con el agua se solidifica, se genera una capa que actúa como sello entre el agua y el material fundido protegiendo al polímero de una degradación por hidrólisis.

Luego de desplazar el polímero fundido y llenar completamente la cavidad del molde se compensan las contracciones del polímero sosteniendo la presión del agua. Durante el tiempo de sostenimiento, la temperatura del agua se incrementa. Al alcanzar la temperatura de desmoldeo de la pieza y liberar la presión del agua, esta se evapora parcial o totalmente. Así por un proceso de expansión, el agua es evacuada del interior de la pieza a través su boquilla de inyección. El agua es reutilizada luego de ser enfriada y pasar por un proceso de filtrado.

Finalmente, es de resaltar el hecho de que las tecnologías de inyección con agua (WIT) e inyección asistida con gas (GAIM) no son la solución adecuada para todos los productos ni la solución a todos los problemas. Son las aplicaciones las que tienen que adecuarse a cada proceso.

TWINSHOT
La coinyección, tradicionalmente usada para la producción, en un solo proceso de inyección, de artículos con requerimientos de dos o más materiales y en sus diferentes variantes como son entre otras: inyectar un material al interior de otro ("sándwich") o inyectar un producto con requerimientos de diferentes materiales y/o colores adyacentes no encapsulados (multicomponente), siempre ha requerido del empleo de tantas unidades de inyección como diferentes materiales y/o colores requiera la aplicación.

La compañía Community Productos ubicada en Rifton, NY, desarrolló un novedoso sistema de coinyección denominado "Twinshot" el cual, de acuerdo con Community Products, puede ser instalado en cualquier tipo de máquina inyectora nueva o usada. Community Products introdujo, a través de su división de mercadeo Twinshot Technologies, su sistema Twinshot para producción comercial en agosto de 2001 en la compañía Community Playthings, dedicada a la producción de juguetería y muebles para el hogar.

El sistema Twinshot emplea un husillo para extrusión instalado al interior de un husillo reciprocante para inyección, ensamblados en un único cilindro o unidad de plastificación. Con este sistema es posible producir piezas con un material en su núcleo totalmente encapsulado al interior de otro que conforma el exterior del producto. Este proceso comúnmente denominado coinyección tipo "sándwich" ha requerido de dos unidades de inyección independientes.

El sistema de coinyección Twinshot requiere de tolvas de alimentación de material independientes para cada husillo, no requiere de: sistemas de distribución de material fundido especial; circuitos hidráulicos independientes; software o sistemas de control exclusivos por husillo ni controladores externos especiales.

En operación, el par de husillos concéntricos producen dos flujos independientes de material fundido, al interior de la unidad de plastificación durante la fase de dosificación del ciclo de inyección. Los materiales se organizan de tal manera que, en la siguiente fase de inyección o llenado volumétrico del molde, el material conducido al interior de la cavidad en primera instancia, y por efecto del frente de flujo en forma de fuente (fountain flow), es conducido hacia las paredes del molde y enfriado al entrar en contacto con estas formando una capa sólida mientras que el segundo material es encapsulado al interior del espesor de pared del producto formando el núcleo de la pieza inyectada. Un producto con tres capas en el espesor de la pared es el resultado de este proceso.

Un molde de una cavidad, o pocas cavidades, así como con un llenado volumétrico bien balanceado, son requisitos indispensables para obtener resultados satisfactorios con Twinshot. Idealmente, el frente de flujo debe de alcanzar todos los extremos de cavidad en forma simultánea. Las zonas extremas de la cavidad que experimenten un llenado prematuro no podrán contener una capa central o núcleo. Por esta razón, productos con geometrías sencillas se comportarán mejor que productos con geometrías complejas. De acuerdo con Community Products, Twinshot ha presentado resultados satisfactorios para piezas hasta de 1.3 mm de espesor de pared.

Twinshot presenta algunos requisitos indispensables como son: no se puede emplear en moldes de colada caliente; los dos materiales tienen que ser reológica y químicamente compatibles y el perfil de temperatura de inyección debe de ser el mismo para ambos materiales por ser plastificados en la misma unidad.

A comienzos de diciembre de 2001, Twinshot Technologies autorizó a Spirex Corp. para suministrar la tecnología Twinshot en el mercado de actualización tecnológica de máquinas inyectoras.