Pultrusión: cómo elegir entre baño de inmersión, caja de inyección a presión atmosférica o a presión

En la misma línea de pultrusión, cambiar el sistema de alimentación de resina puede reducir el desperdicio del 20% a menos del 5% y hasta duplicar la velocidad de tracción; pero también puede no cambiar nada, porque el problema está en la distribución de las mechas. La verdadera frontera entre los tres sistemas no es la presión, sino el momento en que la resina toca la fibra.

La clave: el momento de impregnación, no la presión

El baño de inmersión empapa antes de entrar al molde. Las mechas atraviesan un baño abierto y se impregnan por capilaridad y gravedad; llegan al molde ya empapadas.

La caja de inyección humecta justo antes del molde. Las fibras se alinean y entran en una cavidad cerrada, donde la resina las toca pocos segundos antes de que empiece la gelificación.

Esa diferencia determina todo lo demás: COV, desperdicio de resina, contenido máximo de fibra y velocidad de tracción. Al elegir, no pregunte primero por la presión: pregunte por la viscosidad de su resina y el contenido de fibra que necesita el perfil.

Comparación de los tres sistemas

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Baño de inmersión: equipo barato, tres costes ocultos

• Solo admite sistemas de baja viscosidad. Los poliésteres y vinilésteres de 200–500 mPa·s son su terreno. Con viscosidades mayores, el interior de las mechas gruesas no se impregna y aparecen hilos secos y poros.

• Desperdicio de resina del 10%–20%. La resina no arrastrada debe recuperarse con un sistema de retorno, y hay que controlar la pureza del material recuperado.

• Un baño abierto es un baño abierto. El estireno se volatiliza: olor en planta y presión normativa; además, al escapar el monómero la viscosidad sube y hay que medir y reponer con frecuencia.

Encaja en perfiles civiles de bajas exigencias estéticas y mecánicas, como tubos para cables y postes de vallado, y en líneas de poca producción con cambios frecuentes de material. Ahí funciona bien; forzarlo en elementos estructurales de alta resistencia trae problemas.

Caja atmosférica: la mejor relación coste-prestaciones para la mayoría de perfiles industriales

La caja está abierta a la atmósfera y la resina se inyecta por gravedad o con una bomba de baja presión, con 0,1–0,3 MPa habituales. Frente al baño, reduce los COV un 30%–50% y mejora claramente la uniformidad de impregnación, con una estructura sencilla y bajo mantenimiento.

Resuelve la uniformidad, no el alto contenido de fibra. Por encima del 55% en volumen, o con mechas muy densas, la presión atmosférica ya no penetra.

Caja a presión: para alto contenido de fibra y alta velocidad

Totalmente cerrada, la penetración se fuerza con bomba, normalmente entre 0,3 y 1,5 MPa (algunos fabricantes indican 2–10 bar, es decir, 0,2–1,0 MPa; depende del equipo y del sistema de resina, no copie cifras sin más).

• Contenido volumétrico de fibra del 60%–70%;

• Aprovechamiento de resina superior al 90% y COV de aproximadamente una quinta parte del baño;

• Contenido de resina regulado en bucle cerrado por presión, con error dentro de ±1%;

• Mayor velocidad de tracción: la resina se expone menos al calor y al aire.

El precio es una mayor inversión en equipo y una gran sensibilidad a la distribución de las mechas, que vemos aparte.

Por qué el poliuretano exige prácticamente molde cerrado

Este punto se pasa por alto a menudo al cambiar de material.

Primero, el componente A reacciona con el agua. El isocianato es muy sensible a la humedad; un baño abierto lo expone directamente a la humedad del aire de la nave, y ahí nacen las burbujas y los curados anómalos. Se suele exigir humedad relativa inferior al 60% en la zona de trabajo y el componente A a 35–45 °C con fluctuación máxima de ±2 °C.

Segundo, el poliuretano debe mezclarse en línea. Los componentes A y B se juntan en la cabeza de mezcla en proporción y salen tras pasar por un mezclador estático; un baño abierto no tiene esta etapa.

Tercero, el tiempo de gel es corto. Habitualmente 10–30 minutos; si la resina se queda en el baño, la viscosidad sube y hay que vigilar nivel y temperatura.

Por eso, en pultrusión de poliuretano la caja de inyección no es opcional, es un requisito. Solo queda elegir entre atmosférica y a presión. Es también la razón de que se use inyección en molde cerrado al fabricar perfiles de poliuretano alifático sin recubrimiento.

Cuatro comprobaciones antes de instalar la caja

Uno: distribución de mechas. La presión de inyección no corrige la falta ni el exceso de resina. Si las mechas no están uniformes, presurizar solo acentúa ambas: donde hay más resina, más; donde hay menos, menos. Es la causa más frecuente de que "no funcione" tras cambiar el equipo. Antes de decidir si presurizar, identifique su línea según las características del proceso de pultrusión.

Dos: conicidad de la entrada del molde. Rango habitual de 2°–4°: por debajo de 1,5° la compactación es insuficiente y aparecen zonas secas; por encima de 5° el rozamiento genera calor y se rompen hilos en la entrada. La conicidad se ajusta según la sección y la fracción volumétrica de fibra: las barras unidireccionales necesitan más que las secciones rectangulares.

Tres: sistema de limpieza. Con poliuretano, hay que limpiar si la máquina se para más de 5 minutos; no espere a que cure. Al elegir equipo, incluya la limpieza automática y el tanque de amortiguación en la configuración: sirve para muestras pequeñas y para enjuagar rápido bomba y conductos, mucho más cómodo que adaptarlo después.

Cuatro: monitorización de presión. Debe haber un sensor a la salida de la bomba, con parada automática por sobrepresión y rearranque al restablecerse. Las anomalías de presión suelen aparecer antes que las de proporción y son la primera alarma.

Cómo fijar los parámetros: ajuste por escalones

Con un perfil nuevo, es casi imposible dar con el óptimo a la primera. Más fiable es el cambio por escalones:

1. Fije proporción y temperatura de molde y haga tres tramos a 300, 500 y 700 mm/min;

2. En cada tramo mida tres indicadores: dureza Barcol, resistencia al cizallamiento de viga corta y calidad superficial;

3. Interpole entre los tres puntos y quédese con el tramo de dureza suficiente y superficie sin grietas.

Criterio de referencia (sistema de poliéster): una dureza Barcol de 45–55 es normal; por debajo de 40 el curado superficial es insuficiente, normalmente por temperatura baja en la tercera zona o tracción excesiva; por encima de 60 hay que vigilar la fragilización por sobrecurado, muy visible en piezas de pared fina.

Tres diagnósticos erróneos habituales

Grietas superficiales: bajar la velocidad. Las grietas tienen al menos tres orígenes: temperatura excesiva en la zona de precalentamiento (la superficie cura antes, el núcleo sigue fluyendo y el molde lo arrastra generando cizalladura), choque térmico al salir a alta temperatura contra el aire frío, o desmoldeante interno insuficiente (0,5–1,0 phr en la mayoría de sistemas). Identifique la causa antes de tocar parámetros.

Burbujas: añadir desaireación. Primero determine su origen: si vienen de la resina (humedad de la materia prima, aire arrastrado en la mezcla), revise el depósito y la cabeza de mezcla; si vienen de la fibra (impregnación insuficiente, aire en las mechas), revise presión de inyección y distribución. Equivocarse de dirección solo empeora el ajuste.

Cambiar la caja para ganar velocidad. La velocidad es cuestión de todo el sistema: reactividad de la resina, longitud del molde y precalentamiento deben acompañar. Cambiar solo la caja suele dejar el cuello de botella en la zona de curado.

Conclusión

Elegir el sistema de alimentación es responder tres preguntas: qué viscosidad tiene la resina, cuánto contenido de fibra se necesita y cuántos metros se producen al año. Con esas respuestas, la elección queda casi decidida; el resto es trabajo de puesta a punto.