ES2403707T3

ES2403707T3 - Ajuste del grado del brillo

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Publication number: ES2403707T3
Application number: ES04790931T
Authority: ES
Inventors: Frank Mumme
Original assignee: Oerlikon Trading AG Truebbach
Current assignee: Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2013-05-21
Anticipated expiration: 2024-10-27
Also published as: EP1694484B1; US8512621B2; TW200534991A; US20050133962A1; KR101196368B1; KR20070003789A; DE10359321A1; WO2005061196A1; JP2007514569A; JP4834556B2; EP1694484A1

Abstract

Procedimiento de moldea por inyección de materiales fundidos fluyentes, en especial, de plástico, en unmolde (3) con una superficie (4) de moldeo, que hace contacto con el material y está provista de por lo menos unrevestimiento y con un mecanismo para temperar la superficie (4) del molde con las etapas de: - proveer la superficie del molde de una estructura superficial para conseguir un grado 60º de brillo y/oun valor L* cromático para la pieza moldeada por inyección mediante reproducción básicamente exactade la superficie de moldeo por la superficie de la pieza moldeada por inyección, - proveer la superficie del molde de un revestimiento térmicamente aislante, - controlar la temperatura de la superficie del molde, - introducir el material fundido fluyente en el molde (3), - temperar la superficie (4) de moldeo por medio del dispositivo atemperador de modo que el materialfundido fluyente se solidifique en el molde, - desmoldear la pieza moldeada por inyección, eligiéndose el espesor del revestimiento de la superficie (4) de moldeo en sintonización con el coeficiente depenetración térmica del material de la capa de revestimiento de tal modo que el efecto refrigerante del materialfundido en líquido, antes de que haya penetrado en la estructura superficial, se retarde de modo que se alcance elgrado 60º de brillo y/o el valor L* cromático prefijados.

Description

Ajuste del grado del brillo

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para moldear por inyección materiales fundidos fluyentes. Objeto de la invención es, además, una configuración ventajosa de los revestimientos de los dispositivos de moldeo por inyección para ajustar, con ello, el brillo de la superficie del componente moldeado por inyección resultante.

En la producción de piezas moldeadas por inyección, en especial, de piezas moldeadas por inyección de plástico, se produce, con frecuencia, un conflicto de objetivos entre las propiedades superficiales de un plástico y, con ello, de su apariencia óptica así como de sus restantes propiedades, que influyen en la aplicabilidad técnica de la pieza moldeada por inyección. Un conocido ejemplo de ello es el plástico polipropileno (PP), que presenta una calidad superficial muy ventajosa ópticamente de la pieza moldeada por inyección fabricada, en caso de que se desee, como se requiere frecuentemente, una superficie de apariencia mate, no reflectante. Sin duda, se le ponen límites a la resistencia al arañado del propileno, que disminuyen obviamente el margen de aplicación. No obstante, es esencial en muchos casos de aplicación utilizar plásticos de una mayor resistencia al arañado. Un ejemplo de ello es, por ejemplo, el plástico de copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), que presenta, sin embargo, presenta en eso, por el contrario, características superficiales desfavorables, lo que afecta a la precisión de la imagen en el proceso de conformación en el caso de piezas moldeadas por inyección. Si se desease conseguir también con el plástico ABS una impresión superficial, que sea mate y no muy brillante o bien ninguna estructura que presente muchos lugares brillantes, entonces debería generarse una estructura rugosa en la superficie del plástico, que distribuya difusamente la luz y no refleje igual que un espejo.

La calidad superficial de una pieza moldeada por inyección depende, al elaborar la pieza moldeada por inyección, de la presión, la temperatura del material inyectado y del periodo hasta que se solidifique una capa superficial del material. No obstante, el material puede ser, en principio, cualquiera, que presente la característica de fundirse con el calentamiento o, por lo menos, transformarse a un estado fluido, y de volver a solidificarse con el enfriamiento subsiguiente sin modificación o destrucción del material. Ese es el caso para muchos materiales, entre otros, los plásticos termoplásticos, vidrio, elastómeros y también, en una cierta medida, los plásticos duroplásticos, cuando la formación del duroplástico se lleva a cabo, en este último caso, por ejemplo, por medio de una reticulación molecular durante el calentamiento y el enfriamiento subsiguiente, durante la conformación.

El moldeado por inyección consta de las etapas de introducir el material fundido bajo presión en un útil calentado o bien enfriado y del enfriado del material hasta una solidificación tan avanzada que la pieza moldeada por inyección pueda sacarse del molde. Como magnitudes regulables, que determinan el estado superficial de la pieza moldeada por inyección, se dispone, por lo tanto, básicamente de la presión, la temperatura del material fundido al moldear por inyección y la temperatura del útil, que se regula por la intensidad de la refrigeración. De todos ellos, la presión solo puede regularse dentro de estrechos límites, ya que es necesaria una presión mínima para conseguir un llenado completo del molde así como una cierta velocidad del proceso de moldeado por inyección. La presión está limitada hacia arriba por las fuerzas máximas, que pueden actuar sobre el molde. La temperatura del material en estado líquido se predefine por las características del material. En este caso, se puede dar lugar a fenómenos de segregaciones con una temperatura demasiado reducida, en el caso de que haya una mezcla de materiales, o bien a una fluidez demasiado reducida y a una viscosidad demasiado grande, así como a la destrucción del propio material en el caso de temperaturas muy elevadas.

Según el estado actual de la técnica, es posible hasta ahora tratar las superficies del molde de modo que presenten una rugosidad, que consiga, por ejemplo, la distribución difusa de la luz mencionada arriba. Se puede conseguir esto, por ejemplo, mediante superficies erosionadas o fotograbadas. No obstante, al intentar transferir a la pieza moldeada por inyección esa estructura superficial muy fina se da lugar a diferencias de grado de brillo, ya que la estructura fina no se reproduce en determinadas zonas y se forman puntos de elevado brillo. Se basa esto, sobre todo, en los llamados “efectos de enfriamiento”, en los que se solidifica el material antes de que haya penetrado en la fina estructura superficial. Tales diferencias de brillo también pueden presentarse solo localmente, cuando se evita por diferentes condiciones de enfriamiento el moldeado de la superficie solo en determinadas zonas o se provoca una contracción más rápida de la pieza moldeada por inyección.

Para determinar las características ópticas, en especial, de un objeto de plástico, son factores decisivos el grado del brillo, el tono cromático y la claridad. En los grados de brillo, se diferencia, en general, entre altamente brillante, brillante, medio brillante/brillante satinado, medio mate/satinado, mate y mate apagado, midiéndose los distintos niveles con diferentes escuadras medidoras de un aparato medidor de brillo. Según la norma de denominaciones DIN 55 945, el brillo es una impresión de los sentidos, que se produce por la reflexión de los rayos de luz en la superficie de un revestimiento y es percibida por el ojo humano. En una superficie mate, lisa la luz incidente se difunde y refleja homogéneamente en todas las direcciones. Una superficie lisa, altamente brillante refleja, por el

contrario, la luz visible direccionalmente y sin difusión, siendo siempre iguales el ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión. Para determinar valores de medición, que sean bien comparables con la impresión visual en diferentes grados de brillo, debe variarse el ángulo de incidencia de la luz visible en las mediciones con aparatos medidores de brillo. En la zona de transición entre brillante y mate, se realiza la medición por debajo de 60º. Aunque, como ya se expuso arriba, se prefieren en muchos casos de aplicación superficies mates para, en especial, productos plásticos moldeados por inyección.

Para el valor L cromático, sirve la utilización para la medición en la práctica la mayoría de las veces el sistema (DIN 6174, CIE LAB 1976) nominado L*, A*, a*, b* y desarrollado por Judd y Hunter. En este caso, el valor L* proporciona la luminosidad, o sea, la claridad (0 a 100) y los dos canales cromáticos a* para valores de verde a rojo y b* para valores de azul a amarillo (respectivamente de -127 a 128).

Como se ha expuesto, se puede medir con aparatos adecuados las decisivas magnitudes de grado de brillo y valor L* cromático de especialmente los objetos de plástico, con lo cual se obtienen valores, que son independientes de la impresión subjetiva del ojo humano y, por consiguiente, se pueden comparar mutuamente en una base objetiva.

De ese modo, se requiere un tratamiento ulterior relativamente caro y costoso, por ejemplo, un barnizado de determinadas piezas de plástico, cuando, debido a los diferentes requerimientos, han de elegirse los que se inclinan al comportamiento descrito arriba.

Pero el aspecto homogéneamente mate de la superficie se podría conseguir, cuando la superficie de plástico fuese una reproducción muy exacta de la superficie del útil de moldeo, hasta en la microestructura.

El modo de conseguir una reproducción más fiel de la superficie por medio de una temperatura más elevada del útil de moldeo tiene el inconveniente de que se necesita un tiempo más prolongado de refrigeración y, por consiguiente, una mayor duración del ciclo. Da lugar, además, a una mayor formación de depresiones superficiales, ya que el plástico se relaja más vigorosamente.

Además, el estado actual de la técnica es proveer las superficies de los moldes de moldeo por inyección para plásticos de revestimientos delgados de metales duros, en especial, combinaciones de nitruros metálicos o carburos metálicos. Con ello, se disminuyen las propiedades adhesivas de los plásticos, es decir, el empleo de fuerza necesario requerido para desmoldear. Estos revestimientos sirven también para disminuir el desgaste de la superficie del molde debido a su fuerza resistente marcadamente buena contra la abrasión mecánica. Aunque, para ello, es deseable suministrar estos revestimientos tan delgados como sea posible, para que se garantice aún la exactitud dimensional del molde del moldeo por inyección o bien que no haya que contemplar una modificación dimensional ulterior mediante el revestimiento en la elaboración del molde para el moldeo por inyección.

El documento US-A-5 362 226 revela un procedimiento para moldear por inyección, en el que la superficie del molde se provee de un revestimiento térmicamente aislante para conseguir una superficie los más reflectante posible.

Es por ello misión del presente invento poner a disposición un procedimiento de moldeo por inyección y un dispositivo de moldeo por inyección con el cual o con los cuales sea posible conseguir una superficie microestructurada, en especial, una superficie con una cierta rugosidad, transferirla con precisión a la pieza moldeada por inyección a conformar y, con ello, influir sobre las características superficiales de la pieza moldeada por inyección.

Esa misión se logra mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 1 así como un dispositivo con las características de la reivindicación 15.

Se comprobó sorprendentemente que adaptando adecuadamente el espesor del revestimiento con el coeficiente de penetración térmica del material de revestimiento, en especial, con productos de plástico moldeados por inyección, se puede conseguir un grado de brillo y/o un valor cromático deseados y, con ello, también una exactitud de reproducción correspondiente, consiguiéndose según la determinación de la invención un grado 60º de brillo y/o un tono L* cromático prefijados por la adaptación entre el espesor de revestimiento y el coeficiente de penetración térmica del material estratificado.

Con la invención, es posible evitar diferencias de grado de brillo, que por lo demás solo pueden obviarse difícilmente

o en absoluto. Por las medidas de la invención, se consigue que se retrase el efecto de enfriado de la fundición de plástico, con lo cual se optimiza la exactitud de reproducción del fundido en su adaptación al contorno del útil. Al inyectar la fusión de plástico, apenas se modifica, por cierto, la temperatura de la pared del útil, aunque normalmente se enfrían bruscamente de modo espontáneo los estratos marginales de la fusión de plástico en más de 100 K, lo que tiene como consecuencia que la fusión de plástico se enfríe o se endurezca súbitamente en la superficie del

molde, con lo cual se consigue, en principio, un moldeado de la superficie de moldeo del útil irregular o bien no contorneada convenientemente por la fusión de plástico afluyente. Gracias a las medidas según la invención, se consigue, entre otras cosas, que se eleve la temperatura de contacto de modo que el enfriamiento de los estratos marginales de plástico se retarde en las paredes del útil. Por ello, es posible que se consiga una exactitud de reproducción considerable de la masa fundida por el contorno del útil, por lo cual se consigue una elevada exactitud de la pieza acabada. Por tanto, la superficie del plástico posee considerablemente la rugosidad o bien la microestructura de la superficie del molde del útil de modo que se pueda conseguir un mateado máximo. Por ello, se obtienen propiedades del grado de brillo y de los valores L* cromáticos sobresalientes deseados.

Se produce de modo totalmente sorprendente una mejor reproducción de la microestructura de la superficie por que, en lugar de dicho revestimiento sensiblemente delgado realizado hasta ahora, se utilice, en adelante, un revestimiento algo más grueso con un material, que tenga una reducida capacidad de penetración térmica. A partir de la capacidad de penetrabilidad térmica, que se determina aplicando periódicamente una cantidad de calor definida (respectivamente, impulso térmico) con una frecuencia f de modulación en la superficie de un cuerpo de ensayo y la medición de la temperatura modulada, se puede deducir la profundidad de penetración como longitud de difusión térmica. Cuanto mejores propiedades aislantes presente una sustancia de revestimiento o un material, menor será su penetrabilidad térmica. Esto es, no obstante, decisivo para la profundidad de penetración formada en el medio, ya que el útil de moldeo, en cambio, se vuelve a calentar siempre y se enfría por la refrigeración cuando se agrega nuevo material fundido caliente. Cuando el revestimiento se elige ahora con un espesor mayor optimizado con respecto a las aplicaciones conocidas hasta ahora, se puede aumentar la temperatura superficial y ser llevada más próximamente a la temperatura del material fundido. Por ello, no se solidifica un estrato el de más arriba del material inmediatamente en contacto con la superficie del revestimiento y el material puede penetrar con iguales condiciones de presión e igual temperatura en el instante del moldeado por inyección de la pieza más profundamente en la estructura superficial del útil de moldeo y, con ello, reproducir su rugosidad más exactamente.

De modo más ventajoso, puede hacerse el revestimiento de nitruro de titanio (TiN), cianuro de titanio (TiCN), nitruro de cromo (CrN), carburo de wolframio y carbono (WC/C) o nitruro de titanio y aluminio (TiAlN). Se pueden disponer también varias capas finas de esos materiales una sobre otra alternadamente o en combinación y, con ello, se ajusta todo el transporte de calor al material del molde o bien al medio refrigerante del molde de tal modo que se ajuste la deseada temperatura superficial ventajosa de la capa superior. Pueden utilizarse además, por principio, capas bien aislantes térmicamente como, por ejemplo, Al2O3, (AlCr)2O3, SiO2, siempre que presenten la propiedad apropiada de eliminar la adherencia.

También pueden aprovecharse ventajosamente las propiedades de los mencionados materiales, como el fomento de la resistencia al desgaste y la mejora de las propiedades adhesivas con la idea de que se facilite la extracción del molde.

Si se desease, por ejemplo, elaborar las piezas moldeadas por inyección de ABS (copolímero de acrinitrilobutadieno-estireno) con un punto de brillo o bien valor cromático idénticos, en cierto modo, a las piezas moldeadas por inyección de PP, basta cono recubrir un molde de PP o bien un molde idéntico por lo menos en lo que se refiere a la microestructura superficial de un espesor de capa definida, siempre que dicha capa presente una capacidad de penetración térmica claramente menor que el material del molde.

Sobre todo con el empleo del material de nitruro de titanio-aluminio (TiAlN), se acredita ventajosamente un espesor del revestimiento de entre 7 μm y 11 μm y, en especial, un espesor del revestimiento de 8 μm ± 1 μm. Más ventajosamente, se puede emplear como material fundido un plástico de acrilo-butadieno-estireno.

Especialmente, la combinación de un revestimiento de nitruro de titanio-aluminio y de plástico de ABS puede conseguir, con una configuración adecuada de superficie de moldeo, un aspecto mate de la superficie. El plástico de ABS tiende habitualmente a desarrollar puntos de brillo y requiere un barnizado ulterior, lo que se debe también parcialmente a las temperaturas (T(ABS) = 180º - 260ºC; T(PP) = 200º - 270ºC) de tratamiento menores con respecto al PP y a la viscosidad más elevada unida con ello. En la figura 6, se ha trazado en un diagrama la viscosidad η del ABS y el PP respecto de la velocidad de corte, como eje x, en la región relevante para el moldeo por inyección de 103 a 104 [mm s-1]. En los ensayos presentes, se utilizaron temperaturas de tratamiento de 230ºC para el PP y de 250ºC para el ABS (“muy fluidos”). Con ello pueden ahorrarse costes considerables de una mecanización subsiguiente con la presente invención. Al mismo tiempo, es posible aprovechar las otras propiedades positivas del plástico de ABS para piezas moldeadas por inyección. Resulta adicionalmente ventajoso proveer la superficie de moldeo de una estructura, en especial, de una estructura, que presente una rugosidad, que, cuando se moldee exactamente por el material solidificado, proporcione un aspecto mate deseado de la superficie de la pieza moldeada. Valores Ra típicos de las superficies de moldeo para la elaboración de techos de carrocerías de automóviles o bien para la zona estructural o también para objetos de plástico de uso diario están en el entorno de 3 & 11 μm. Para medir el valor Ra medio de la rugosidad, se mide el valor medio de las elevaciones de las relativas depresiones en relación con una línea media sobre un tramo de ensayo.

Sobre todo en relación con un revestimiento de nitruro de titanio-aluminio de 8 μm ± 1 μm y con la utilización de material fundido fluyente de ABS puede, por consiguiente, conseguirse una opacidad y una consistencia superficial de la pieza moldeada por inyección, que corresponda, en su mayor parte, a la del plástico polipropileno (PP). Entre las superficies de moldeo del dispositivo para moldear por inyección y del revestimiento, se puede disponer una capa adhesiva, que puede consistir, por ejemplo, en titanio, TiAl, cromo o nitruro de titanio. Con ello, se consigue una adherencia segura de los revestimientos, sobre todo, sobre superficies de acero.

A continuación, se explica más detalladamente la invención a base de ejemplos de realización preferidos y los dibujos adjuntos. Las figuras muestran en los dibujos:

Figura 1 un ejemplo de realización esquemáticamente de un dispositivo para moldear por inyección en el momento de la inyección de un plástico ABS fundido fluyente,

Figura 2 el detalle indicado con II en la zona de la superficie de molde0 del dispositivo representado en la figura 1,

Figura 3 en un diagrama, una comparación de la penetración térmica de cuatro materiales de revestimiento en comparación con el acero,

Figura 4 en un diagrama, el curso de la temperatura en la superficie límite entre molde y plástico,

Figura 5 en un diagrama, los parámetros determinantes de las propiedades superficiales de los plásticos de

PP y ABS, así como dos magnitudes comparativas de un dispositivo sin revestimiento para PP así

como con revestimiento para ABS, y

Figura 6 en un diagrama, la viscosidad de ABS y PP sobre la velocidad de corte en la región relevante para el moldeo por inyección.

La figura 1 muestra de modo muy esquemático un primer ejemplo de realización de un dispositivo según la invención para el moldeo por inyección de un material fundido fluyente, en este caso, un ejemplo del plástico 1 de ABS. El plástico 1 fundido se introduce a través de una abertura 2 de suministro en el molde 3. El molde 3 presenta una superficie 4 de moldeo, que está provista de un revestimiento de material duro.

La figura 2 muestra en una vista en detalle, que está indicada con II en la figura 1, la zona en el cual la superficie 4 de moldeo es mojada por primera vez por el plástico 1. Con ello, se forma una capa 5 límite inmediatamente solidificada de plástico 1, en la que el plástico desciende por debajo de la temperatura de fusión y se convierte al estado sólido compacto. La superficie 4 de moldeo se ha provisto, en el presente ejemplo, de un revestimiento 6 de nitruro de titanio-aluminio. Por medio de las flechas se ha indicado la dirección de fluencia del plástico 1 que rellena el molde. Por medio de la elección del espesor de capa del revestimiento 6 de nitruro de titanio-aluminio, se regula el curso de la temperatura a través del revestimiento 6 de nitruro de titanio-aluminio y el molde 3, durante el enfriamiento del plástico 1, debido a la menor penetrabilidad térmica en el revestimiento, de tal manera que se ajuste una temperatura de contacto en una superficie 7 de contacto entre la capa 5 límite del plástico 1 y el revestimiento 6 de nitruro de titanio-aluminio, que es mayor que lo que sería la temperatura de contacto de la superficie 4 de moldeo sin revestimiento 6 de nitruro de titanio-aluminio. Esta temperatura de contacto queda, no obstante, por debajo de la temperatura de fusión del plástico 1. Por ello, le queda al plástico 1 un mayor tiempo durante la solidificación, para moldear las rugosidades de la superficie 7 de contacto del revestimiento 6 de nitruro de titanio-aluminio y, por consiguiente, la rugosidad de la superficie 4 de moldeo.

La figura 3 muestra, en un diagrama, una comparación de la capacidad de penetración térmica de cuatro materiales diferentes para el revestimiento en comparación con el acero, habiéndose representado el revestimiento de TiAlN por la línea central continua. En el eje y, se ha representado el coeficiente de la penetrabilidad térmica en comparación con el material del molde, en este caso, acero 1.2.343 en el presente ejemplo de realización. Como eje x, se ha representado el recíproco de la raíz cuadrada de la frecuencia del impulso térmico. Se ha dibujado de puntos un revestimiento de carburo de volframio/carbono, con línea continua, como ya mencionado, el revestimiento de nitruro de titanio-aluminio del presente ejemplo de realización de la invención y, de trazos, se ha representado un revestimiento de nitruro de cromo. Se comprueba que la penetrabilidad térmica se aproxima a los valores del acero con frecuencia decreciente, en este caso, valores mayores del eje x, aproximándose a 1 el cociente de la penetrabilidad térmica del material del revestimiento y la penetrabilidad térmica del acero. No obstante, el periodo de la incidencia es muy corto, así, pues, la acción aislante del revestimiento es muy pronunciada, ya que superficie revestida dificulta la disipación térmica. Esto da lugar a que, ajustando adecuadamente el espesor del revestimiento, se produzca en la figura 2 una fuerte acción aislante del revestimiento 6 de nitruro de titanio-aluminio en un primer contacto corto al formarse la capa 5 límite en la figura 1, la cual retrasa la solidificación del plástico 1 y posibilita el

moldeado de la rugosidad de la superficie 4 de moldeo en la capa límite. Por ejemplo, se pueden deducir del diagrama de la figura 3 para el valor 0,002 correspondiente a 250 kHz, una relación de 0,38 para el TiAlN, una relación de 0,2 para el WC/C y una relación de 0,6 para el CrN con respecto del valor 1 referencia para el acero.

TiN/TiCN 0,42; el ajuste debería ser por lo menos lt; 0,6

preferiblemente lt; 0,45.

La figura 4 muestra el esquema básico del curso de la temperatura y de la determinación de una temperatura θK de contacto entre una temperatura θW de pared y una temperatura θS del material fundido. Además, el valor de “y” da la temperatura y el valor de “x” da la posición del punto de medición en la pared o bien en sentido positivo en el plástico fundido. La temperatura de la pared del útil solo se modifica relativamente poco al encontrarse con el material fundido, ya que debido al enfriamiento puede disiparse una gran cantidad de calor. Magnitudes típicas son una diferencia de temperatura de menos de 15 K hacia el borde. Aunque la capa marginal del fundido de plástico se enfría espontáneamente en más de 100 K. La magnitud determinante decisiva, la temperatura θK, determina el grado del moldeo de la rugosidad en la superficie límite y puede ser influenciada por el coeficiente “e” de penetración térmica. Puede calcularse éste para un material de conductividad “ρ” térmica, de densidad “λ” y de capacidad “c” térmica específica del material. El cálculo se lleva a cabo entonces según la fórmula siguiente:

e ∀ ∃!#!c

Con este coeficiente de penetración térmica para la pared o bien el fundido de plástico y las temperaturas de pared y de la temperatura para el fundido de plástico, se puede calcular entonces una temperatura θK de contacto tal como sigue:

e ! % e !&

WW ZZ

&K ∀ eW % es

En este caso, eW es la profundidad de penetración térmica del material de la pared, θW la temperatura del material de la pared así como eS la profundidad de penetración térmica del fundido de plástico y θS la temperatura del fundido de plástico. Por determinación apropiada de la temperatura θK de contacto, que como arriba se expuso se puede determinar por el espesor del revestimiento, se puede retardar la solidificación de la capa marginal del plástico en la superficie del revestimiento, con lo cual se mejora el moldeo de la superficie de los revestimientos o bien de las superficies de moldeo. El plástico fundido tiene más tiempo, de adaptarse a la microestructura. El número Ra de rugosidad de la superficie del molde revestida y el número Ra de rugosidad de la superficie del plástico a formar se desvían solo un poco mutuamente y la superficie del plástico obtiene las propiedades deseadas como el punto de brillo y el valor cromático.

Aunque, puesto que el revestimiento es, en conjunto, relativamente delgado, se consigue la mejora del comportamiento de moldeo sin retardar notablemente el tiempo necesario para la elaboración de las distintas piezas moldeadas por inyección. Debido al reducido espesor del revestimiento, solo se dificulta de modo insignificante la influencia térmica en conjunto. Solo se retarda en el primer momento por breve espacio de tiempo. El tiempo total de solidificación de la pieza moldeada por inyección queda, por consiguiente, en el mismo orden de magnitud que sin revestimiento.

La figura 5 muestra una comparación de distintos parámetros entre plásticos de propileno (PP) y un copolímero de acrilnitrilo-butadieno-estireno (ABS), donde el último fue moldeado por inyección con un dispositivo según el ejemplo de realización. Los valores de referencia (= valor cero) de la placa modelo (MPL) de polipropileno (PP) se han unido con línea de trazos, y los valores correspondientes para una MPL de ASB, con línea continua. Las siguientes propiedades medidas en las MPL se representan así: el grado de brillo formando un ángulo de 60º, el valor L cromático determinado sobre la proporción claro/oscuro, el número Ra de rugosidad, que se define por el valor de la media aritmética de varias profundidades de rugosidad máxima de un tramo individual. Al lado, se han puesto también las rugosidades Ra y Rz del molde E. Además, se inyectó el PP en un molde sin revestir y el ABS en un molde revestido. Buenos valores para la rugosidad Ra, con el fin de conseguir un aspecto superficial mate de un plástico, quedan entre 3 μm y 11 μm. Como valor preferido para la rugosidad Ra, se ha obtenido un valor de en especial 3,3 μm, cuando se desea conseguir una superficie mate ideal como, por ejemplo, para techos de carrocerías de automóviles. Como muestran los ejemplos de realización, se dan también valores sobresalientes en el espectro proporcionado, véase el ejemplo con Ra = 9 μm. Además, se comprueba que es muy buena ia en el grado de brillo y en el valor cromático así como en el número Rz de rugosidad de la placa modelo del plástico ABS y de los del plástico de PP con un espesor de capa de entre 7 y 12 μm, y que es óptima con un espesor de

revestimiento de TiAlN de 8 μm ± 1 μm. La presente figura 5 representa los valores para un espesor de capa de unos 8 μm. Hasta una desviación muy reducida con el número Ra de rugosidad de MPL, que queda por debajo de 5%, coinciden considerablemente las magnitudes determinantes, que fijan el grado de brillo de la superficie y la impresión óptica de la placa de ensayo de ABS con la placa de ensayo de PP.

Para el ejemplo de realización de la presente invención, en el que se moldea por inyección el plástico ABS en un molde con superficie de acero, se realizaron numerosas series de ensayos. Para ello, se moldearon por inyección placas modelo tanto del plástico ABS como también del plástico PP y se compararon mutuamente estos últimos. Se investigaron el grado 60º de brillo, el valor L* cromático, la rugosidad Ra E superficial de la superficie de moldeo y la rugosidad Ra MPL superficial de la placa modelo, la rugosidad Rz E superficial de la superficie de moldeo y la rugosidad Rz MPL superficial de la placa modelo. El molde empleado para el moldeo por inyección es un molde de acero con la indicación de acero Stippel 1 BB. Los resultados se adjuntan en cuatro tablas como anexo; en las que:

Tabla 1 muestra valores para el plástico ABS con estructura superficial fina del molde,

Tabla 2, valores para el plástico PP con estructura superficial fina del molde,

Tabla 3, valores para el plástico ABS con estructura superficial basta del molde, y

Tabla 4, valores para el plástico PP con estructura superficial basta del molde.

La Tabla 1 muestra los valores según una estructura superficial fina para una rugosidad Ra E de la superficie del molde de 3,33 μm y el plástico ABS. En las columnas 1 a 3, se proporcionan los valores medidos en la MPL de un molde revestido de un molde revestido de TiAlN, así como valores del molde asimismo para espesores de capa de 4 μm, 8 μm y 12 μm. Las columnas 4 a 6 contienen los correspondientes valores de referencia de la MPL de los moldes o bien de los propios moldes antes de su respectivo revestimiento. Siempre que se diferencien los valores de las columnas 4 a 6, se trata de dispersiones de los valores de los tres moldes utilizados. Por medio del revestimiento de las superficies de moldeo, resulta, la mayoría de las veces, solo un insignificante aumento o disminución de la rugosidad en comparación con el molde de partida. Así, pues, con el revestimiento de 8 μm, un valor Ra E de 3,45 con un valor Ra E de partida de 3,33 μm.

El moldeo de la placa modelo de ABS del molde revestido con la rugosidad Ra E de 3,45 es muy bueno para un espesor 8 μm de capa con el valor Ra MPL 3,40 μm de la superficie de la MPL de ABS. El defecto de moldeo es solo de aproximadamente 1,45%. Para el grado de brillo bajo 60º resulta para la MPL de ABS un valor de 2,7 y el valor L* cromático de 25,43.

En la Tabla 2, se han proporcionado a título comparativo los valores utilizando el plástico de PP para una rugosidad superficial de Ra 3,33 μm. En este caso, se proporcionan en la columna 5 un grado 2,5 de brillo para el grado de brillo del PP-MOL y un valor L* cromático de 24,64. Con ello, se da una buena coincidencia de los valores, que describen las propiedades ópticas, para una MPL-ABS, elaborada según la invención, y una PP-MPL, que se elaboró para la comparación antes del revestimiento del molde. Por la rugosidad elegida del molde y el espesor de capa así como de su material, se pueden adaptar las propiedades ópticas grado de brillo y valor cromático de una ABS-MPL a las de una PP-MPL, a partir de un molde sin revestir.

En especial con revestimientos de un espesor de 1 μm, la diferencia recae en la rugosidad entre la superficie de moldeo y esta placa modelo elaborada siempre en una zona menor o igual a 5%. Para otros espesores de capa, se puede mantener, la mayoría de las veces, una diferencia menor o igual que 10%.

En la Tabla 3, se proporcionan los valores para una rugosidad basta de unos 9 μm de la superficie de moldeo al elaborar una ABS-MPL. Las tres primeras columnas muestran los valores ya explicados arriba para espesores de capa de TiAlN de 4 μm, 8 μm y 12 μm. Las columnas 4 a 6 contienen los correspondientes valores de referencia del molde antes o bien todavía sin revestimiento. De la Tabla 3, se puede deducir, por ejemplo, que la rugosidad Ra E de la superficie del molde de 9 μm en la columna 5 se modifica solo insignificantemente por el revestimiento de TiAlN en espesor de 8 μm respecto del valor de 8,79 μm y éste se reproduce muy exactamente con 8,64 μm por la ABS-MPL.

En la Tabla 4, se ha proporcionado asimismo las mismas magnitudes para una rugosidad basta de 9 μm a efectos comparativos utilizando el plástico de PP. La comparación del grado de brillo da, por ejemplo, para un ABS con un espesor de capa de 8 μm, un valor de 1,7 en comparación con una de 1,6 con una un PP-MPL, que se moldeó por inyección en un molde sin revestir. Análogamente, resultan con un espesor de capa de 12 μm un valor de 1,7 para un ABS y un valor de 1,6 para un PP.

Por el procedimiento según la invención, es posible, debido a una mejor exactitud de reproducción de la rugosidad y la microestructura de la superficie de moldeo, sustituir por otros determinados materiales capaces de fundir sin asumir deterioros en la calidad superficial. Por ello, se puede ahorrar el tratamiento ulterior de los defectos superficiales, por ejemplo, costes de barnizado. En general, se pueden convertir también superficies estructuradas muy finamente, con modelos o propiedades especiales como, por ejemplo, propiedades agradables al tacto. Por ello, es posible sustituir, por medio del procedimiento según la invención, el PP comparativamente sensible al tacto, que se puede adaptar fácilmente a un contorno superficial del molde, por el robusto plástico de ABS (¡el ABS es más caro!). Además, se protege del desgaste, por medio del revestimiento, la superficie del dispositivo de moldeo por inyección, como ya se conoce en el estado actual de la técnica, y se aumenta la duración de los útiles.

ABS (Cyrolac 6320FB) Ra = 3,3 μm

Columna de datos: 1 2 3 4 5 6

Revestimiento: TiAlN TiAlN TiAlN sin revestir sin revestir sin revestir

Espesor de capa aplicado o bien previsto: 4 8 12 4 8 12

Grado 60º de brillo: 3,50 2,70 3,20 3,90 3,40 4,00

Valor L* cromático: 24,88 25,43 25,57 25,35 25,73 26,06

Rugosidad sRa E: 3,62 3,45 3,60 3,66 3,33 3,45

RugosidadsRa MPL: 3,39 3,40 3,48 3,17 3,54 3,29

Delta b (sRa E, MPL): -6,35% -1,45% -3,33% -13,39% -6,31% -4,64%

Rugosidad sRz E: 28,26 26,93 28,64 30,27 30,35 28,41

Rugosidad sRz MPL: 24,24 25,72, 25,63 28,02 28,98 26,19

Delta s (sRz E, MPL): -14,23% -4,49% -10,51% -7,43% -4,51% -7,81%

Delta para PP inyectado de modo sin recubrir

Grado 60º de brillo: -29,63% -8,00% -18,52%

Valor L* cromático: -0,045 -3,21% -2,61%

Tabla 1

PP (Hostacom P873F) Ra = 3,3 μm

Columna de datos: 1 2 3 4 5 6

Revestimiento: TiAlN TiAlN TiAlN sin revestir sin revestir sin revestir

Espesor de capa aplicado o bien previsto: 4 8 12 4 8 12

Grado 60º de brillo: 2,4 2,3 2,4 2,7 2,5 2,7

Valor L* cromático: 24,74 24,86 25,05 24,87 24,64 24,92

Rugosidad sRa E: 3,62 3,45 3,6 3,66 3,33 3,45

Rugosidad sRa MPL: 3,37 3,31 3,55 3,18 3,59 3,32

Delta b (sRa E, MPL): 6,91% 4,06% 1,39% -13,11%. 7,81% -3,77%

Rugosidad sRz E: 28,26 26,93 28,64 30,27 30,35 28,41

Rugosidad sRz MPL: 26,34 26,47 27,16 25,44 28,07 28,63

Delta s (sRz E, MPL) en %: -6,79 -1,71 -5,17 -15,96 -7,51 0,77

Tabla 2

8

ABS (Cyrolac 6320FB) Ra = 9 μm

Columna de datos: 1 2 3 4 5 6

Revestimiento: TiAlN TiAlN TiAlN sin revestir sin revestir sin revestir

Espesor de capa aplicado o bien previsto: 4 8 12 4 8 12

Grado 60º de brillo: 1,7 1,7 1,7 2 2,2 1,9

Valor L* cromático: 25,1 24,95 25,02 25,62 25,69 25,67

Rugosidad sRa E: 10,82 8,79 10,99 9,82 9 10,21

Rugosidad sRa MPL: 11,92 8,64 10,65 10,54 8,67 11,48

Delta b (sRa E, MPL): 10,17% -1,71% -3,09% -7,33% -3,67% 12,44%

Rugosidad sRz E: 76,43 66,41 121,24 76,67 75,33 166,03

Rugosidad sRz MPL: 94,67 68,6 77,57 73,69 71,38 189,05

Delta s (sRz E, MPL): 23,86% 3,30% -36,02% -3,89% -5,49% -13,86%

Delta para PP inyectado de modo sin revestir

Grado 60º de brilla: -13,33% -6,25% -6,25%

Valor L* cromático: -3,00% -2,80% -2,25%

Tabla 3

PP (Hostacom P873F) Ra = 9 μm

Columna de datos: 1 2 3 4 5 6

Revestimiento: TiAlN TiAln TiAlN sin recubrir sin recubrir sin recubrir

Espesor de capa aplicadp o bien previsto: 4 8 12 4 8 12

Grado 60º de brillo: 1,4 1,5 1,5 1,5 1,6 1,6

Valor L* cromático: 24,35 24,39 24,40 24,37 24,27 24,47

Rugosidad sRa E: 10,82 8,79 10,99 9,82 9 10,21

Rugosidad sRa MPL: 17,92 8,74 10,56 10,54 8,79 11,29

Delta b (sRa E, MPL): -10,17% -0,57% -3,91% 7,33% -2,33% 10,58%

Rugosidad sRz E: 76,43 66,41 121,24 76,67 75,53 166,03

Rugosidad sRz MPL: 78 66,34 76,34 76,05 77,93 88,56

Delta s (sRz E, MPL): 2,05% -0,11% -37,03% -0,81% 3,18% -46,66%

Tabla 4

9

LISTA DE SIGNOS DE REFERENCIA

1: Plástico de ABS fluido

2: Abertura de alimentación

3: Molde

5: 4 Superficie de moldeo

5: Capa límite

6: Revestimiento de TiAlN

7: Superficie de contacto

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de moldea por inyección de materiales fundidos fluyentes, en especial, de plástico, en un molde (3) con una superficie (4) de moldeo, que hace contacto con el material y está provista de por lo menos un revestimiento y con un mecanismo para temperar la superficie (4) del molde con las etapas de:

-

proveer la superficie del molde de una estructura superficial para conseguir un grado 60º de brillo y/o un valor L* cromático para la pieza moldeada por inyección mediante reproducción básicamente exacta de la superficie de moldeo por la superficie de la pieza moldeada por inyección,

-proveer la superficie del molde de un revestimiento térmicamente aislante, -controlar la temperatura de la superficie del molde, -introducir el material fundido fluyente en el molde (3), -temperar la superficie (4) de moldeo por medio del dispositivo atemperador de modo que el material

fundido fluyente se solidifique en el molde, -desmoldear la pieza moldeada por inyección,

eligiéndose el espesor del revestimiento de la superficie (4) de moldeo en sintonización con el coeficiente de penetración térmica del material de la capa de revestimiento de tal modo que el efecto refrigerante del material fundido en líquido, antes de que haya penetrado en la estructura superficial, se retarde de modo que se alcance el grado 60º de brillo y/o el valor L* cromático prefijados.
2.

Procedimiento para moldear por inyección según la reivindicación 1, caracterizado por que como revestimiento (6) se utiliza nitruro de titanio (TiN), nitruro de carbono y titanio (TiCN), nitruro de cromo (CrN), carburo de volframio-carbono (WC/C), nitruro de titanio y aluminio (TiAlN), Al2O3, (AlCr)2O3 o SiO2.
3.

Procedimiento para moldear por inyección según la reivindicación 2, caracterizado por que el revestimiento está formado por varios revestimientos dispuestos unos encima de otros.
4.

Procedimiento para moldear por inyección según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el revestimiento (6) se realiza con un espesor de 7 μm a 11 μm.
5.

Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por que el revestimiento se realiza con un espesor de 8 ± 1 μm.
6.

Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que entre la superficie (4) de moldeo y el revestimiento (6) se ha dispuesto una capa adhesiva.
7.

Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado por que la capa adhesiva está formada por titanio, cromo o TiN.
8.

Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que como material (1) fundido fluyente se utiliza un plástico de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS).
9.

Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado por que se ajusta básicamente el mismo grado de brillo y/o valor cromático que en una pieza moldeada por inyección de PP, que se elaboró en un molde sin revestir.
10.

Procedimiento para moldear por inyección según la reivindicación 8, caracterizado por que el espesor del revestimiento y la rugosidad de la superficie del molde se ajustan de tal modo que la superficie del ABS solidificado presente un grado 60º de brillo de alrededor de 2,7 y/o un valor L* cromático de alrededor de 25.
11.

Procedimiento para moldear por inyección según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que la superficie del molde presenta una estructura con una rugosidad, que proporciona un aspecto mate a la superficie del material (1) solidificado al reproducir la rugosidad.
12.

Procedimiento para moldear por inyección según la reivindicación 11, caracterizado por que la rugosidad es de entre 3 μm y 11 μm medida como valor Ra de rugosidad media.
13.

Procedimiento para moldear por inyección según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que el material se somete a presión tras su aplicación.
14.

Procedimiento para moldear por inyección según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que el revestimiento posee una capacidad de penetración térmica menor que el material del molde.
15. Procedimiento para moldear por inyección materiales (1) fundidos fluyentes, en especial, plástico, con un molde (3), que presenta una superficie (4) de moldeo, que hace contacto con el material (1), con por lo menos un 5 revestimiento (6) de la superficie (4) de moldeo y un mecanismo para atemperar la superficie (4) de moldeo, presentando la superficie de moldeo una estructura superficial para conseguir un grado 60º de brillo y/o un valor L* cromático prefijados para la pieza moldeada por inyección, básicamente por reproducción exacta de la superficie de moldeo por la superficie de la pieza de moldeo por inyección y estando provista de un revestimiento térmicamente aislante, donde el espesor del revestimiento de la superficie (4) de moldeo se ha elegido en sintonización con los

10 coeficientes de penetración térmica del material de la capa del revestimiento de tal modo que los efectos de enfriado del material fundido fluyente antes de que haya penetrado hasta la estructura superficial, se retarda de modo que se consiga el grado 60º de brillo y/o el valor L* cromático prefijados.