Plástico y metal: una nueva era en piezas estructurales

La integración de los metales y el plástico en la producción de partes inyectadas parece ser una nueva tendencia que se está consolidando con gran firmeza en la industria automotriz. Varios años atrás, Bayer Material Science de Alemania, (www.bayer.com), desarrolló un proceso para moldear por inyección sobre refuerzos metálicos preformados que se colocan como insertos en la cavidad de inyección. Más recientemente, una subsidiaria inglesa de la compañía holandesa Corus Group desarrolló una modificación de este proceso, que permite modelar la pieza metálica por compresión en el molde de inyección y luego, en un solo paso, recubrirla por la resina de inyección.

El proceso de sobremoldeo sobre refuerzos metálicos, como parte constitutiva del proceso de moldeo por inyección de Bayer, se ha denominado "híbrido de plástico y metal", PMH (de su nombre en inglés). Las principales aplicaciones se han dado en la industria automotriz, en donde empresas como Ford, Volvo y Mercedes Benz, entre otras, fabrican piezas a través de esta tecnología para varios de sus modelos. 

Las ventajas que estos fabricantes han encontrado al emplear piezas inyectadas con refuerzos internos metálicos, tienen que ver con la mayor facilidad para integrar varias funciones en un solo producto, la reducción del uso de herramientas en el ensamble de los automotores, la obtención de acabados con texturas especiales que antes no se podían obtener en piezas totalmente metálicas, la eliminación de recubrimientos y pinturas especiales y, en particular, el desempeño mecánico que se alcanza en el diseño, al combinar las ventajas de los metales y el plástico. Este último punto es muy importante cuando se toma en cuenta la interacción de propiedades de resistencia y tenacidad mecánica en colisiones. Por esto, la mayoría de las aplicaciones se están dando en los sistemas frontales de los automotores, FES (del inglés front-end systems). Entre las resinas que Bayer ha empleado exitosamente en estas aplicaciones se tienen nylon 6 y 66 reforzado con fibra de vidrio.

Corus ha dado el nombre de "formación con inyección plástica", PIF (sigla del nombre en inglés), a su proceso. Las principales aplicaciones han estado orientadas inicialmente hacia la decoración de teléfonos celulares y ratones de computadores. La técnica PIF hace uso de las máquinas regulares de moldeo por inyección para hacer partes con formaciones profundas, a partir de hojas metálicas recubiertas con plástico (a manera de sándwich). Así, todo el proceso de formación toma lugar en el molde de inyección.

La lámina de acero de bajo carbono es delgada, con un espesor que puede estar entre 0,1 y 0,8 mm, y se usa encapsulada entre capas de resina termoplástica de aproximadamente 0,04 mm de espesor. Los materiales deben tener muy buena adhesión entre sí para que la integración metal-plástico sea exitosa.

Una descripción del proceso PIF se muestra en los tres segmentos de este gráfico. En la primera instancia, figura A ,la pieza metálica (en color rojo) se ubica sobre la cavidad de inyección. En una segunda etapa, figura B , una especie de formador entra en la cavidad forzando la pieza metálica hacia adentro, hasta el punto de producir el corte de la pieza. El fondo de la cavidad es también móvil y ofrece una resistencia controlada; al término del ciclo de formación actúa como eyector. En última instancia, figura C , la resina es inyectada sobre la pieza metálica y termina de forzar la formación de la misma. En este sentido, puede pensarse que hay alguna similitud con el proceso de termoformación, si uno asimila la pieza metálica con la lámina moldeada.

Las resinas que se pueden emplear en este proceso son PP, PET, PC y aleaciones de PC/PBT. El material usado para recubrir el metal es de la misma naturaleza que el empleado en el proceso de inyección y por lo tanto, la adhesión es indestructible. Coros está investigando el uso de aluminio como elemento metálico, y de otras resinas adicionales como PE y ABS.