Desde hace 25 años la empresa familiar “Arribasplata Seguin” viene produciendo juguetes, cuyas partes principales son fabricadas artesanalmente mediante moldeo rotacional, en el que se emplean polímeros termoplásticos como materia prima. Dado que todo el proceso se hace a mano, no se pueden controlar los parámetros del proceso ni las características del producto; asimismo, el tamaño y la cantidad de los juguetes que se fabrican están limitados por la destreza, experiencia y condición física de la persona que realiza el trabajo. Para resolver estos problemas y mejorar la producción de juguetes, la empresa ha decido implementar un equipo de moldeo rotacional, capaz de hacer girar un arreglo de moldes huecos simultáneamente en dos ejes perpendiculares, al mismo tiempo que se calienta dentro de un horno para que el material contenido en los moldes pueda adherirse homogéneamente a la superficie interior de los mismos y, luego de ser enfriados, den como resultado productos huecos de espesor más uniforme, mejor calidad y en mayor cantidad. El objetivo del presente trabajo es diseñar un sistema mecánico de rotación biaxial, de 400 kg de capacidad de carga y 300°C de temperatura máxima de trabajo, para la fabricación de juguetes de polímeros termoplásticos mediante moldeo rotacional. El diseño del sistema mecánico de rotación biaxial se realizó según la metodología recomendada por la Asociación de Ingenieros Alemanes (Verein Deutscher Ingenieure, VDI 2221) cuyo título es “Métodos para el desarrollo y diseño de sistemas técnicos y productivos”. Con ayuda de la recomendación, el proceso de diseño se llevó a cabo de forma ordenada y según las cuatro etapas que sugiere el documento. Durante la primera etapa se identificaron las características generales de todo el equipo de moldeo rotacional, con el fin de conocer su influencia sobre el sistema de rotación. En la segunda etapa se plantearon cuatro conceptos de solución que fueron evaluados con ayuda de un análisis técnico-económico para identificar el concepto de solución óptimo. Finalmente, durante la tercera y cuarta, se desarrollaron todos los detalles del diseño concernientes al sistema de rotación. En conclusión, se ha diseñado un sistema mecánico de rotación biaxial para la fabricación de juguetes de polímeros termoplásticos mediante moldeo rotacional. El sistema mecánico es capaz de hacer girar un conjunto de moldes en dos direcciones perpendiculares con una velocidad máxima de 20 rpm, al mismo tiempo que se calientan dentro de una cámara que puede llegar hasta los 300 °C. / Tesis

El presente trabajo expone la necesidad ambiental de reciclar, recuperar y re-utilizar los residuos sólidos que se generan actualmente en las ciudades e industrias del país; para ello, el objetivo de este trabajo es el diseño de un molde capaz de fabricar, por medio de compresión térmica, probetas de ensayo conformadas por un material compuesto de matriz plástica y refuerzos celulósicos que pueda ser compatible con la gran variedad de residuos plásticos reciclados y desechos de la industria maderera, para así obtener tableros y paneles que sean utilizados en la construcción de viviendas, muebles y accesorios ecológicos de bajo costo. Asimismo, se ha establecido que las probetas estén compuestas por una matriz plástica y refuerzos celulósicos, principalmente; PET y desechos madereros, respectivamente. El diseño se ha basado en los requerimientos que establece la norma internacional ASTM 1037 - 06a “Standard Test Methods for Evaluating Properties of Wood-Base Fiber and Particle Panel Materials”. El procedimiento metodológico adoptado para este trabajo ha sido, en primer lugar, el análisis individual de las propiedades mecánicas y físicas de los elementos constituyentes de la probeta y su comportamiento bajo las condiciones de procesamiento. Seguidamente, se elaboró una comparación cuantitativa de posibles alternativas de diseño para obtener la mejor posibilidad tecnológica; a continuación, mediante un análisis mecánico y térmico del molde y demás accesorios necesarios, se ha diseñado el equipo de moldeo: tanto planos de despiece y fabricación, como los costos involucrados en materiales y manufactura. Finalmente, el trabajo concluye que es posible diseñar un molde capaz de cumplir con las especificaciones de fabricación de probetas de madera compuesta, en lo referente a dimensiones y tolerancias, según la norma internacional ASTM D 1037 – 06a. Asimismo, los refuerzos de madera no se degrada instantáneamente a altas temperaturas, sino que existe un período de tiempo que posibilita conservar, de forma parcial, las propiedades mecánicas y físicas de aquellas, durante del proceso de fabricación de la probeta. / Tesis

En las últimas décadas, la industria de los plásticos ha crecido considerablemente con el uso de materiales, tales como el polipropileno y polietileno en la innovación de diversos productos en sectores del envasado, construcción y automovilístico. No obstante, el manejo de los desechos plásticos aún sigue siendo una problemática mundial; ya que, existe un porcentaje de éstos que son depositados en vertederos. Por tanto, la disminución de la contaminación ambiental se ha convertido en un objetivo importante para las entidades gubernamentales, empresas y sociedad en general. De esta manera, se insiste en la implementación de proyectos que disminuyan el impacto ambiental y contribución al desarrollo y progreso del país mediante el reciclaje de residuos plásticos y reutilización de otros desechos. En esta perspectiva, el objetivo de la presente tesis es el estudio del sinterizado de materiales compuestos fabricados a partir de polipropileno reciclado y partículas de madera capirona recuperadas, empleando el proceso de moldeo por compresión. La metodología experimental de la investigación consta de cuatro etapas fundamentales: Primeramente, se realizó la caracterización de la materia prima (plástico y madera) de acuerdo a normas ASTM. En segundo lugar, se fabricó un total de 63 muestras (variando la temperatura y tiempo de trabajo) con la finalidad de determinar los parámetros de sinterizado para la fabricación del material compuesto. Posteriormente, se fabricó 45 muestras del material compuesto sinterizado manteniendo la temperatura y tiempo de trabajo constantes con la variación del contenido y tamaño de partícula de madera. Finalmente, se fabricaron probetas que se utilizaron en los ensayos de flexión, tracción, impacto, densidad y absorción de agua según normas ASTM, y se realizó un análisis térmico de los compuestos que demostraron mejores propiedades mecánicas; así como el análisis morfológico con un microscopio electrónico de barrido (SEM) en la rotura de la probeta después de los ensayos mecánicos. A partir del estudio del proceso de sinterizado de los materiales compuestos fabricados con polipropileno reciclado y partículas de madera capirona mediante el moldeo por compresión, se determinó que, para una misma proporción y tamaño de partícula de madera, las propiedades mecánicas en geometría de flexión se incrementan a mayor temperatura de trabajo y, de manera similar, también se incrementa con el tiempo hasta un máximo para luego disminuir con tiempos excesivos. / Tesis

Desde hace 25 años la empresa familiar “Arribasplata Seguin” viene produciendo juguetes, cuyas partes principales son fabricadas artesanalmente mediante moldeo rotacional, en el que se emplean polímeros termoplásticos como materia prima. Dado que todo el proceso se hace a mano, no se pueden controlar los parámetros del proceso ni las características del producto; asimismo, el tamaño y la cantidad de los juguetes que se fabrican están limitados por la destreza, experiencia y condición física de la persona que realiza el trabajo. Para resolver estos problemas y mejorar la producción de juguetes, la empresa ha decido implementar un equipo de moldeo rotacional, capaz de hacer girar un arreglo de moldes huecos simultáneamente en dos ejes perpendiculares, al mismo tiempo que se calienta dentro de un horno para que el material contenido en los moldes pueda adherirse homogéneamente a la superficie interior de los mismos y, luego de ser enfriados, den como resultado productos huecos de espesor más uniforme, mejor calidad y en mayor cantidad. El objetivo del presente trabajo es diseñar un sistema mecánico de rotación biaxial, de 400 kg de capacidad de carga y 300°C de temperatura máxima de trabajo, para la fabricación de juguetes de polímeros termoplásticos mediante moldeo rotacional. El diseño del sistema mecánico de rotación biaxial se realizó según la metodología recomendada por la Asociación de Ingenieros Alemanes (Verein Deutscher Ingenieure, VDI 2221) cuyo título es “Métodos para el desarrollo y diseño de sistemas técnicos y productivos”. Con ayuda de la recomendación, el proceso de diseño se llevó a cabo de forma ordenada y según las cuatro etapas que sugiere el documento. Durante la primera etapa se identificaron las características generales de todo el equipo de moldeo rotacional, con el fin de conocer su influencia sobre el sistema de rotación. En la segunda etapa se plantearon cuatro conceptos de solución que fueron evaluados con ayuda de un análisis técnico-económico para identificar el concepto de solución óptimo. Finalmente, durante la tercera y cuarta, se desarrollaron todos los detalles del diseño concernientes al sistema de rotación. En conclusión, se ha diseñado un sistema mecánico de rotación biaxial para la fabricación de juguetes de polímeros termoplásticos mediante moldeo rotacional. El sistema mecánico es capaz de hacer girar un conjunto de moldes en dos direcciones perpendiculares con una velocidad máxima de 20 rpm, al mismo tiempo que se calientan dentro de una cámara que puede llegar hasta los 300 °C.

El presente trabajo expone la necesidad ambiental de reciclar, recuperar y re-utilizar los residuos sólidos que se generan actualmente en las ciudades e industrias del país; para ello, el objetivo de este trabajo es el diseño de un molde capaz de fabricar, por medio de compresión térmica, probetas de ensayo conformadas por un material compuesto de matriz plástica y refuerzos celulósicos que pueda ser compatible con la gran variedad de residuos plásticos reciclados y desechos de la industria maderera, para así obtener tableros y paneles que sean utilizados en la construcción de viviendas, muebles y accesorios ecológicos de bajo costo. Asimismo, se ha establecido que las probetas estén compuestas por una matriz plástica y refuerzos celulósicos, principalmente; PET y desechos madereros, respectivamente. El diseño se ha basado en los requerimientos que establece la norma internacional ASTM 1037 - 06a “Standard Test Methods for Evaluating Properties of Wood-Base Fiber and Particle Panel Materials”. El procedimiento metodológico adoptado para este trabajo ha sido, en primer lugar, el análisis individual de las propiedades mecánicas y físicas de los elementos constituyentes de la probeta y su comportamiento bajo las condiciones de procesamiento. Seguidamente, se elaboró una comparación cuantitativa de posibles alternativas de diseño para obtener la mejor posibilidad tecnológica; a continuación, mediante un análisis mecánico y térmico del molde y demás accesorios necesarios, se ha diseñado el equipo de moldeo: tanto planos de despiece y fabricación, como los costos involucrados en materiales y manufactura. Finalmente, el trabajo concluye que es posible diseñar un molde capaz de cumplir con las especificaciones de fabricación de probetas de madera compuesta, en lo referente a dimensiones y tolerancias, según la norma internacional ASTM D 1037 – 06a. Asimismo, los refuerzos de madera no se degrada instantáneamente a altas temperaturas, sino que existe un período de tiempo que posibilita conservar, de forma parcial, las propiedades mecánicas y físicas de aquellas, durante del proceso de fabricación de la probeta.

El moldeo rotacional de polímeros es un proceso seleccionado únicamente con el objetivo de fabricar objetos huecos, mediante la rotación de un molde dentro de un horno. La aparente simplicidad del proceso no incentivó la investigación ni su desarrollo. En los últimos 20 años se ha perfeccionado este proceso y sus productos, asimismo se ha ampliado la diversidad de materiales que pueden ser empleados como materia prima. Con el fin de reducir costos y tener buenas propiedades mecánicas en los productos, se fabricaron materiales compuestos reforzados con fibras naturales tales como: sisal, linaza, hoja de plátano, cáscara de arroz, salvado de trigo, agave, coco, abacá y madera, entre otras. Los investigadores estudiaron el sinterizado de diferentes matrices y fibras natural, así como el tratamiento químico del refuerzo y determinaron los parámetros de fabricación para obtener el mejor comportamiento mecánico. El objetivo del presente trabajo de investigación es realizar una revisión sobre el estado de la tecnología del proceso de moldeo rotacional de materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con fibras naturales. En esta perspectiva, para todas las investigaciones exploradas, inicialmente se revisó acerca de los constituyentes empleados, así como la preparación y el tratamiento químico al que fueron sometidos. Luego, se identificó las condiciones de fabricación y los parámetros de moldeo: velocidades de giro de los ejes, temperaturas del horno, tiempos de calentamiento y enfriamiento. A continuación, se abordaron los diseños experimentales utilizados. Se presentaron los ensayos, las normas y las maquinas utilizadas. Finalmente, se realizó una comparación de las propiedades de los materiales resultantes. Como resultado de este trabajo se ha concluido que las muestras óptimas se encuentran en el rango de 10% y 20% en peso de refuerzo, ya que con cantidades mayores a 20% de fibras no se genera una buena adhesión entre matriz y refuerzo. Se alcanzaron incrementos en el módulo elástico fue de hasta 25% respecto a la matriz e incluso de hasta 56% cuando se trata químicamente el refuerzo. Sin embargo, la reducción de la resistencia a la tracción y a la flexión pertenecen al rango de 3% a 26% y de hasta 75%, en el caso de la energía absorbida al impacto; en todos los casos, el incremento por tratamiento químico es bajo o nulo. Para obtener una muestra con alto contenido de refuerzo, con el propósito de mejorar considerablemente sus propiedades, es necesario recurrir a un tratamiento químico; pero en muestras con cantidades menores a 20% de refuerzo, dicho tratamiento no brinda beneficios y solo representa un gasto económico.

En el procesamiento de compuestos de madera-plástico (WPC) mediante moldeo rotacional, puede ocurrir la descomposición térmica de la madera debido a las altas temperaturas del proceso. Sin embargo, puede evitarse controlando el pico de temperatura interna del aire (PIAT, por sus siglas en inglés). En esta perspectiva, el principal propósito de este trabajo es determinar cómo están relacionados el PIAT y las propiedades del WPC rotomoldeado entre sí. Para lograr esto, se procesaron varios materiales utilizando diferentes temperaturas de horno y tiempos de calentamiento. Como consecuencia, el PIAT alcanzó un valor específico durante el proceso en cada caso. Luego, se realizaron ensayos de caracterización para determinar las propiedades mecánicas y físicas de los materiales obtenidos. Finalmente, utilizando los resultados de las pruebas, se definió una relación entre el PIAT y esas propiedades. Los WPC rotomoldeados estaban compuestos por un 85% de polietileno de alta densidad reciclado (HDPER) y un 15% de partículas de madera de capirona (CWP), pero también se procesaron materiales compuestos por un 100% de HDPER. Los resultados muestran que se requiere un PIAT de 208 °C para que un WPC rotomoldeado se densifique completamente. Bajo esta condición, tiene propiedades óptimas y no sufre degradación térmica. En cuanto al material compuesto por un 100% de HDPER, se necesita un PIAT de 233 °C para alcanzar dicho estado. Además, utilizando la segunda derivada de los perfiles de temperatura interna del aire, también se identificaron el comienzo y el final de las seis fases del proceso de moldeo rotacional. / In the processing of wood-plastic composites (WPC) by rotational molding, thermal decomposition of wood can occur due to the high temperatures of the process. However, it can be avoided by controlling the peak internal air temperature (PIAT). In this perspective, the main purpose of this work is to determine how the PIAT and the properties of the rotomolded WPC are related to each other. To achieve this, several materials were processed using different oven temperatures and heating times. As a consequence, the PIAT reached a specific value during the process in each case. Then, characterization tests were carried out to determine mechanical and physical proprieties of the obtained materials. Finally, using the test results, a relationship between the PIAT and those properties was defined. The rotomolded WPC were made of 85% of recycled high-density polyethylene (HDPER) and 15% of capirona wood particles (CWP), but materials made of 100% of HDPER were also processed. Results show that a PIAT of 208 °C is required for a rotomolded WPC to be fully densified. Under this condition, it has optimal properties and it does not undergo thermal degradation. As for the material made of 100% of HDPER, a PIAT of 233 °C is necessary to reach such state. In addition, using the second derivative of the internal air temperature profiles, the beginning and end of the six phases of the rotational molding process were identified, too.

En las últimas décadas, la industria de los plásticos ha crecido considerablemente con el uso de materiales, tales como el polipropileno y polietileno en la innovación de diversos productos en sectores del envasado, construcción y automovilístico. No obstante, el manejo de los desechos plásticos aún sigue siendo una problemática mundial; ya que, existe un porcentaje de éstos que son depositados en vertederos. Por tanto, la disminución de la contaminación ambiental se ha convertido en un objetivo importante para las entidades gubernamentales, empresas y sociedad en general. De esta manera, se insiste en la implementación de proyectos que disminuyan el impacto ambiental y contribución al desarrollo y progreso del país mediante el reciclaje de residuos plásticos y reutilización de otros desechos. En esta perspectiva, el objetivo de la presente tesis es el estudio del sinterizado de materiales compuestos fabricados a partir de polipropileno reciclado y partículas de madera capirona recuperadas, empleando el proceso de moldeo por compresión. La metodología experimental de la investigación consta de cuatro etapas fundamentales: Primeramente, se realizó la caracterización de la materia prima (plástico y madera) de acuerdo a normas ASTM. En segundo lugar, se fabricó un total de 63 muestras (variando la temperatura y tiempo de trabajo) con la finalidad de determinar los parámetros de sinterizado para la fabricación del material compuesto. Posteriormente, se fabricó 45 muestras del material compuesto sinterizado manteniendo la temperatura y tiempo de trabajo constantes con la variación del contenido y tamaño de partícula de madera. Finalmente, se fabricaron probetas que se utilizaron en los ensayos de flexión, tracción, impacto, densidad y absorción de agua según normas ASTM, y se realizó un análisis térmico de los compuestos que demostraron mejores propiedades mecánicas; así como el análisis morfológico con un microscopio electrónico de barrido (SEM) en la rotura de la probeta después de los ensayos mecánicos. A partir del estudio del proceso de sinterizado de los materiales compuestos fabricados con polipropileno reciclado y partículas de madera capirona mediante el moldeo por compresión, se determinó que, para una misma proporción y tamaño de partícula de madera, las propiedades mecánicas en geometría de flexión se incrementan a mayor temperatura de trabajo y, de manera similar, también se incrementa con el tiempo hasta un máximo para luego disminuir con tiempos excesivos. / Tesis