"MuCell", tecnologia patentada per Trexel, constitueix un procediment habitual de fabricació de l'escuma microcelular especial

No es tracta d'un sistema nou: les peces escumejades en la seva totalitat o en el nucli fabricades amb màquines d'emmotllament per injecció són una pràctica comuna des de fa molts anys, i tornaran a estar presents en la propera K 2004. A les escumes integrals convencionals els han seguit les anomenades escumes microcel, una nova generació d'escumes que permet estalviar material i, per tant, pes i costos.

Les màquines d'Engel tenen una unitat d'injecció especial per utilitzar MuCell.

Les escumes integrals injectades, tant les convencionals com les que tenen una estructura microcelular, estan de moda. Gràcies a elles els components polimèrics són més lleugers i utilitzen menys material, el que pot aportar als transformadors un avantatge competitiu que els permeti ampliar la seva quota en un mercat altament disputat. Les aplicacions, tant les existents com les potencials, se centren sobretot en els sectors de l'automoció, de l'aeronàutica i de la construcció de vehicles. Però també poden tenir aplicació en altres àmbits, com són la indústria elèctrica i electrònica o el sector dels electrodomèstics de línia blanca (interiors de rentadores, rentavaixelles, assecadores o neveres tipus arcó).

Poden distingir dues variants bàsiques d'espumació termoplàstica: l'espumación física i la química. En ambdós tipus es dissol en primer lloc un gas a la massa fosa de plàstic i en segon lloc, com a conseqüència de la ulterior caiguda de pressió, es produeix una inestabilitat termodinàmica per a activar la formació d'escuma. Ambdues variants es diferencien en què, en l'espumación química, el gas es genera a partir de la descomposició de l'agent d'expansió integrat amb anterioritat en la massa fosa, mentre que en l'espumación física el gas s'injecta en la massa fosa a molt alta pressió.

Les més freqüents són actualment les escumes microcel. És a dir, són aquelles que amb les seves bombolles microscòpiques o cel de mida micromètric confereixen l'estructura a la peça. Aquestes cel es caracteritzen per tenir un diàmetre mitjà de 100 mi, és a dir, ratllant el nanòmetre. Com a agent d'expansió, també denominat "fluid", sol utilitzar diòxid de carboni, igual que en el cas de l'espumació tradicional d'altres materials polímers, com són el poliuretà (PUR), el polipropilè (PP) o el polietilè (PE). "MuCell", una tecnologia patentada de l'empresa nord-americana Trexel, constitueix un procediment habitual de fabricació de l'escuma microcel especial. Una gran quantitat de fabricants que operen a nivell internacional ofereixen màquines d'emmotllament per injecció modificades expressament per a incorporar aquesta tecnologia, amb la qual poden fabricar les peces prèvia llicència del titular nord-americà de la patent.

Segons assenyala la pròpia Trexel, un altre avantatge de les escumes microcel a afegir a l'estalvi de pes i de material, és que poden utilitzar màquines d'injecció amb forces de tancament menors. La raó és que per al procés d'injecció amb fluids el nivell de pressió requerida és menor. A això s'afegeix que pot prescindir de la fase de pressió de manteniment i de compressió necessària en un procés d'injecció normal, de manera que la pressió interna del motlle es defineix únicament mitjançant el procés d'injecció.

L'experiència de l'empresa alemanya Ticona GmbH corrobora aquests avantatges. Aquest proveïdor de matèries primeres ja va posar en servei l'agost de 2001 una màquina de l'empresa muniquesa Krauss-Maffei que incorporava la tecnologia "MuCell", a fi de realitzar assaigs interns i d'oferir un servei addicional als seus clients. Les proves en sèrie realitzades per Ticona confirmen l'alta rendibilitat del sistema. Les principals avantatges derivar l'estalvi de pes i de la reducció dels temps de cicle. En funció dels requisits del producte final, es va poder estalviar entre un 10 i un 15 per cent del pes.

Component per a un canalitzador d'aire d'automòbil.

L'avantatge que reporta el sistema "MuCell" pel que fa al temps de cicle, és a dir, l'interval de temps entre la fase d'injecció i la de desemmotllament, és que la massa fosa carregada amb gas cristal·litza amb més rapidesa. Això origina temperatures de paret de la cavitat més baixes, el que permet escurçar el temps de refredament i extreure abans la peça del motlle. Aquesta rapidesa es tradueix en una major productivitat i en un menor consum d'energia. Serveixi d'exemple la planxa que té llista Ticona fabricada amb el plàstic tècnic "Celanex", un politereftalato de butil (PBT) de producció pròpia: només de reduir la temperatura de la paret de la cavitat de 80 a 30 º C, va poder disminuir el temps de refredament un 40 per cent.

A l'esq., Cèl·lules petites i uniformes del procés MuCell. A la dreta., Material escumat per mètode convencional.

Peça de PP, amb reducció de densitat del 60% gràcies a MuCell.

Component per a un canalitzador d'aire d'automòbil.

Per Otto Schönherr, de Ticona, a l'hora de sospesar els avantatges i desavantatges del procediment, haurien de posar en la balança, a més de l'aspecte econòmic, altres elements. Conèixer a la perfecció les propietats i el comportament de la peça fabricada amb una nova tecnologia constitueix un dels factors clau per l'èxit comercial d'aquesta tecnologia. Els enginyers de Ticona estan treballant intensament en la resolució d'una gran varietat de qüestions sobre això.

I si les peces injectades tècniques han de complir requisits mecànics exactament definits, llavors aquestes condicions s'han de complir, afirma Schönherr, si hi ha graus d'espumació que corresponguin a una reducció del pes d'un 20 per cent com a màxim. El diàmetre de les cel que formen l'estructura de l'escuma es troba en un rang aproximat de 5 a 50 mi. En aquest cas es tracta d'escumes polimèriques de cel tancada en les que les cel tenen una forma gairebé esfèrica.

D'acord amb la descripció de Schönherr, doctorat en física polimèrica, les escumes microcel es caracteritzen per disposar d'una zona exterior compacta, de manera que el resultat final és una estructura tipus sandvitx formada per aquesta superfície exterior compacta i per un nucli escumat.

Això significa, a més, que les escumes microcel són en principi "composites": materials compostos generats per l'addició de components de reforç a la matriu polimèrica. La funció de reforç d'aquests materials, majoritàriament orientats, recau en el cas de "MuCell" a les cel de gas esfèriques. També s'ha confirmat la sospita que les escumes microcel presenten unes propietats de flexió notablement millors a les de les escumes clàssiques. Una cosa que no sorprèn, perquè aquestes propietats de flexió depenen en gran mesura de les propietats de les fibres de l'estructura externa.

A principis d'abril d'aquest any el Centre del Plàstic del Sud d'Alemanya (Süddeutsche Kunststoffzentrum) va celebrar un seminari a Würzburg, a la vora del Main, sobre l'espumación física en la transformació de plàstics. Entre els ponents de l'esdeveniment, celebrat a les dependències de l'Institut de Würzburg, es trobaven químics de processos procedents de diverses empreses i dels departaments de recerca de les universitats, i també Martin Witulski, administrador de l'empresa alemanya Schröder Kunststofftechnik GmbH.

L'ús d'aquest tipus d'escumes permet estalviar material i, per tant, pes i costos

Schröder és una empresa transformadora de plàstics que es compta entre les pioneres en l'àmbit de l'escuma de tipus microcelular. Des de mitjans del passat any, l'empresa disposa d'una màquina d'injecció que incorpora la tecnologia "MuCell", el que li va permetre a Witulski donar compte en el seminari del SKZ de l'experiència acabada d'adquirir amb l'aplicació d'aquesta tecnologia relativament nova. En la seva intervenció va referir les clares avantatges del sistema i els notables beneficis que aportava als clients de la seva empresa, i va fer esment de l'estreta col·laboració amb Ticona.

Witulski concloure, com a característica positiva, que existeix un potencial real d'estalvi gràcies a la reducció dels temps de cicle. També va confirmar que, efectivament, s'aconsegueix una reducció del pes de les peces injectades. Així mateix, es van poder reduir o fins i tot eliminar per complet defectes no desitjats dels productes acabats, com deformacions o xuclets i prescindir dels costosos treballs de retoc. No obstant, segons l'experiència de la casa Schröder, l'aplicació del mètode "MuCell" no garanteix automàticament un major grau de seguretat de procés. Per tant, Witulski confirmar el que ja havia constatat Ticona: que cal anar adquirint una experiència pròpia considerable per dominar el procediment i per aprofitar els avantatges que és capaç d'oferir.