Moldeo por Inyección de PC: Propiedades, Grados, Aplicaciones y Notas de DFM
Qué es el PC — y qué no es
El policarbonato es un termoplástico de ingeniería amorfo. Que sea amorfo importa aquí más que la química: el PC no tiene punto de fusión cristalino, así que contrae poco y de forma predecible (0,5–0,7 %), mantiene bien las tolerancias ajustadas y se conserva ópticamente transparente. Esas tres propiedades son la razón de que el PC acabe en lentes, carcasas médicas y cubiertas transparentes en lugar de en soportes estructurales.
Lo que el PC da frente a los estirénicos más baratos es resistencia al impacto. Con 600–900 J/m con entalla, el PC a temperatura ambiente es aproximadamente tres o cuatro veces más tenaz que el ABS (150–250 J/m), y se mantiene dúctil mucho más abajo: unos −30 °C sin entalla y −10 °C con entalla, sin la transición brusca de dúctil a frágil que hace fallar al ABS de golpe en servicio frío.
Dos cosas que el PC no es:
- No es un material resistente a disolventes. Los polímeros amorfos no tienen barrera cristalina que mantenga los productos químicos agresivos fuera del volumen del material, y el enlace carbonato se hidroliza. Combinado con la tensión residual de moldeo, esto produce fisuración por tensión ambiental — el modo de fallo en servicio más común de las piezas de PC, y la razón por la que una pieza que pasó todas las pruebas mecánicas puede agrietarse tres meses después junto a un agente de limpieza.
- No es un material tolerante de procesar. El PC seca a 120 °C durante 3–4 h hasta bajar de 0,02 % de humedad, funde a 280–320 °C y pide un molde a 80–120 °C. La resina húmeda se hidroliza en el barril: el peso molecular cae y la pieza sale frágil de una forma que ningún posprocesado recupera.
Si está eligiendo entre PC, ABS y PC+ABS en lugar de especificar el PC en sí, esa decisión tiene su propia guía: PC vs ABS vs PC+ABS. Esta página trata de especificar y moldear PC una vez que el PC es la respuesta.
Propiedades del PC de un vistazo
Valores de referencia para PC sin carga de uso general:
| Propiedad | PC | Notas |
|---|---|---|
| Densidad | 1,20 g/cm³ | Más pesado que el ABS (1,03–1,06) — el peso de la pieza sube ~15 % al cambiar de material |
| Resistencia a la tracción | 55–65 MPa | Suficiente para soportes que llevan carga, no para una viga estructural |
| Módulo de flexión | 2,3–2,4 GPa | Rígido, pero la rigidez no es la razón para elegir PC — el impacto lo es |
| HDT | 125–135 °C | Unos 40 °C por encima del ABS; abre el trabajo bajo el capó y en interiores de electrodomésticos |
| Impacto con entalla | 600–900 J/m | 3–4× el ABS a temperatura ambiente, y no se desploma a 0 °C |
| Contracción | 0,5–0,7 % | Amorfo, así que predecible — el dimensionado de cavidades no es el riesgo en PC |
| Coste relativo | $$$ | Unas 1,5–1,7× el ABS a igual peso; el PC+ABS se queda en el 60–70 % del coste del PC |
| Transmisión de luz | Hasta ~89 % (grados transparentes) | El único plástico de ingeniería de commodity de este sitio que se moldea ópticamente transparente |
La ventana de procesado, y no la tabla de propiedades, es lo que decide la mayoría de los programas de PC:
| Parámetro | PC | Consecuencia si se falla |
|---|---|---|
| Secado | 120 °C, 3–4 h, <0,02 % de humedad | Vetas plateadas y fragilización permanente por hidrólisis |
| Temperatura de masa | 280–320 °C | Por debajo de ~280 °C la fluidez no basta para llenar; por encima de ~320 °C, amarilleo y degradación |
| Temperatura de molde | 80–120 °C | Por debajo de 80 °C: mala superficie, tensión residual de moldeo alta, líneas de unión visibles |
| Diámetro del punto de inyección (sin carga) | 0,8–1,5 mm mínimo | Un punto de inyección por debajo de medida cizalla la masa y deja zonas de entrada con alta tensión y poca resistencia |
Familias de grados de PC
El PC es un polímero base, no una especificación. Estas son las familias que aparecen de verdad en los planos, con los proyectos de este sitio que las usaron:
| Familia de grado | Qué cambia | Uso típico | Evidencia en este sitio |
|---|---|---|---|
| Uso general | PC sin modificar — transparencia, impacto y HDT según la tabla | Carcasas, cubiertas, guías de luz | Carcasa de Grabadora de Reuniones |
| Retardante de llama (UL 94 V-0) | Paquete FR halogenado o de fósforo; V-0 a 1,5 mm | Cargadores, adaptadores de alimentación, interiores de electrodomésticos | Carcasa de Cargador Type-C — 16 cavidades, 1.000.000 de ciclos |
| Médico (USP Class VI / ISO 10993) | Documentación de biocompatibilidad, trazabilidad de lote más estricta | Analizadores de diagnóstico, soportes de medidores | Carcasa de Diagnóstico Médico, Soporte de Glucómetro |
| Con fibra de vidrio (10–30 % GF) | Suben el módulo y la resistencia a la fluencia; bajan el impacto y la calidad superficial | Soportes estructurales con carga sostenida | Soporte de Impresora TPV — PC + 20 % GF |
| Óptico / grado para lentes | Pureza controlada, baja birrefringencia, sin contaminación admitida | Lentes, guías de luz, ventanas transparentes | Guía de Materiales: el PC para lentes exige utillaje S136 o NAK80, el P20 no es aceptable |
| Compatible con doble inyección | Se une a sí mismo o a un segundo grado de PC | Carcasas multicolor, juntas selladas | Carcasa de Terminal TPV — PC negro en la primera inyección, PC blanco UL V-0 en la segunda, 1+1 rotativo |
Dos familias merecen mención aparte porque cambian el molde, no solo la resina: el PC ignífugo es más sensible al cizallamiento (los paquetes FR se degradan si la masa se sobrecalienta o se retiene demasiado tiempo) y el PC con fibra de vidrio desgasta el molde — un 20 % de GF en un programa de 300.000 ciclos erosiona los puntos de inyección y los bordes de cavidad, así que el acero duro deja de ser opcional.
Dónde encaja el PC en producción
El PC se gana su precio en cinco situaciones:
Piezas transparentes o que conducen luz. Ningún otro material de este sitio combina transparencia con este nivel de impacto. Cubiertas transparentes, lentes, guías de luz y ventanas de display son programas de PC o son programas de acrílico, y el acrílico pierde el argumento del impacto de inmediato.
Carcasas de alto impacto donde el ABS no basta. Si el ensayo de caída se especifica a −20 °C o la pieza es un dispositivo de mano con una pared grande sin soporte, la curva de impacto del ABS se desploma justo donde el PC no.
Temperaturas de servicio por encima de 100 °C. Una HDT de 125–135 °C cubre interiores de electrodomésticos, electrónica bajo el salpicadero y equipos que trabajan calientes. El ABS a 85–100 °C no deja margen ahí.
Equipos médicos y de diagnóstico. El PC USP Class VI con trazabilidad es el material de referencia para carcasas de analizadores y medidores que necesitan a la vez transparencia y resistencia química a los desinfectantes — y es uno de los pocos materiales en los que la carga documental (ISO 10993, trazabilidad de lote, moldeo en sala limpia) pesa tanto como las propiedades.
Envolventes eléctricos ignífugos con una cara visible. El PC FR da V-0 y superficie Clase A en la misma pieza, algo que el ABS FR no siempre sostiene con los espesores de pared en juego.
Donde el PC suele ser la respuesta equivocada: carcasas grandes, finas y complejas (la fluidez obliga a fuerza de cierre alta o a varios puntos de inyección), piezas expuestas a disolventes o combustibles, y programas guiados por coste en los que el PC+ABS entrega ~80 % del impacto al 60–70 % del coste.
Proyectos de PC de nuestra planta
Catorce programas de PC, con las especificaciones que realmente se ejecutaron. Es el grupo de material más grande de nuestra cartera de casos — el PC no es un material de nicho aquí:
| Proyecto | Grado de PC | Utillaje | Vida del molde | T1 |
|---|---|---|---|---|
| Carcasa de Cargador Type-C | PC, UL94 V-0 | 16 cavidades, S136H 48–52 HRC, cámara caliente YUDO | 1.000.000 | 35 días |
| Carcasa de Terminal TPV | PC negro + PC blanco UL V-0 (doble inyección) | 1+1 rotativo, P20 | 300.000 | 28 días hábiles |
| Carcasa de Diagnóstico Médico | PC grado médico, USP Class VI | 1 cavidad por mitad, acero inoxidable S136 | — | 24 días hábiles |
| Soporte de Glucómetro | PC grado médico, UL94 V-0 opcional | 2 cavidades, H13 | 500.000 | 26 días hábiles |
| Carcasa de Micrófono Portátil | PC/ABS grado de ingeniería | 16 cavidades, P20 | 500.000 | 22 días hábiles |
| Carcasa de Pin Pad TPV | PC/ABS FR V-0, con carga de carbono antiestática | 2 cavidades, H13 | 1.000.000+ | 30 días hábiles |
| Soporte de Impresora TPV | PC + 20 % GF | 1 cavidad, P20 | 300.000 | 25 días hábiles |
| Tapa Trasera de Smartwatch | PC/ABS grado de ingeniería | 8 cavidades, P20 | 500.000 | 24 días hábiles |
| Base de Carga de Micrófono Inalámbrico | PC+ABS grado de ingeniería | 4 cavidades, S136 48–52 HRC | 300.000 | 22 días |
| Base de Monitor de Caja Registradora | ABS+PC grado de ingeniería | 1 cavidad, P20 | 300.000 | 25 días hábiles |
| Carcasa Inferior de Mini TPV | PC/ABS grado de ingeniería, UL94 V-2 | 2 cavidades, 718H preendurecido | 300.000 | 20 días hábiles |
| Soporte de Monitor TPV | PC+ABS grado de ingeniería | 1 cavidad, P20 | 300.000 | 25 días hábiles |
| Dispositivo de Diagnóstico OBD | PC+ABS negro + PC azul translúcido | 1+1+1, S136 | 50.000 | — |
| Carcasa de Grabadora de Reuniones | PC | 1 cavidad, S136 | 500.000 | — |
Tres patrones de esa tabla merecen leerse antes de especificar:
- El acero del molde sigue al grado, no al material. El trabajo estructural y de carcasas va con P20 o 718H; el trabajo óptico y médico va con S136; los programas con fibra de vidrio y de un millón de ciclos van con S136H a 48–52 HRC. Esa división se mantiene en las catorce filas.
- La vida del molde abarca un factor de 20× — de 50.000 en la mezcla de prototipo y producción del OBD hasta 1.000.000 en la carcasa del cargador. La vida del molde es una decisión de utillaje, y se cotiza por programa.
- El T1 cae en 20–35 días para moldes de PC desde una cavidad hasta 16 cavidades. La ventana de procesado del PC no cuesta nada en plazo cuando el molde se diseña para ella.
Notas de DFM específicas para el PC
El secado no es opcional
El PC absorbe humedad y se hidroliza a temperatura de masa. El límite es 0,02 % — el más estricto de este sitio — y exige un secador desecante con un punto de rocío por debajo de −30 °C y transporte de aire secado hasta la tolva de la máquina. Un secador de tolva por sí solo no llega ahí.
El fallo es silencioso. El PC húmedo no siempre produce vetas plateadas visibles en las primeras piezas; pierde peso molecular y la pieza parece correcta mientras su impacto con entalla ha caído a la mitad. Si una pieza de PC está frágil en servicio y los registros de proceso muestran una excursión de secado, esa es la explicación, y ningún recocido posterior lo arregla.
Dimensionado del punto de inyección y fluidez de la masa
La fluidez de la masa del PC es baja, y ese único hecho gobierna el diseño del punto de inyección. Un PC sin carga pide puntos de inyección de 0,8–1,5 mm de diámetro mínimo; ir más pequeño significa que la masa se cizalla al entrar, lo que sube la tensión exactamente donde la pieza es más propensa a agrietarse. Espere presiones de inyección más altas y una máquina con capacidad real de plastificación — una prensa que mueve ABS con holgura puede no plastificar PC lo bastante rápido para llenar la misma pieza.
Los puntos de inyección en aguja sobre PC son un punto débil conocido. Donde la pieza es cosmética o trabaja a fatiga, un punto de inyección mayor con una huella limpia suele superar a uno pequeño que deja una concentración de tensión en la superficie.
Temperatura de molde y acabado superficial
El PC quiere 80–120 °C de temperatura de molde. No es un ajuste de confort: por debajo de 80 °C bajan la textura y el brillo superficial, las líneas de unión se hacen visibles y la tensión residual de moldeo sube en toda la pieza. El alto brillo SPI A1–A2 es alcanzable en PC, pero lo es a esa temperatura — lo que significa que un molde construido para ABS (a 50–60 °C) generalmente no puede reacondicionarse para PC sin prestar atención al circuito de refrigeración y al control de temperatura.
En la práctica, presupueste una mayor demanda de refrigeración del molde en un utillaje de PC. Es el coste recurrente que sorprende a los compradores que comparan cotizaciones de utillaje de PC y de ABS.
Contracción y dimensionado de cavidades
Con 0,5–0,7 % el PC contrae de forma predecible, y por ser amorfo no hay cristalización posterior al moldeo que mueva las dimensiones semanas después. El dimensionado de cavidades, por tanto, no es donde fallan los programas de PC. Donde sí fallan es en el espesor de pared: el PC llena las secciones gruesas con más facilidad que las finas, y un diseñador que viene del ABS a menudo adelgaza una pared más allá de lo que la fluidez del PC puede llenar a presión razonable.
Tensión interna y fisuración por tensión ambiental
Es el problema de DFM que define al PC y merece su propia línea en el plano. La ESC requiere tres cosas a la vez: un polímero susceptible, tensión de tracción y un producto químico. El PC aporta las dos primeras por naturaleza — la tensión residual de moldeo de un molde frío o de un punto de inyección escaso, más la tensión de montaje de un clip a presión o de un jefe de tornillo, suele bastar.
Qué hacer al respecto:
- Suba la temperatura de molde hasta la banda de 80–120 °C y prolongue el mantenimiento, para que la tensión residual de moldeo baje antes de que la pieza salga del molde
- Recueza las piezas gruesas o muy cargadas allí donde la geometría no permita evitar la tensión
- Especifique el entorno químico en el plano. Los agentes de limpieza, los geles hidroalcohólicos, los adhesivos, los fijadores de rosca y los desmoldeantes son los culpables habituales, y una pieza de PC que se va a limpiar a diario con un desinfectante con alcohol es un problema de diseño distinto de una que no
- Mantenga los clips a presión y los ajustes por interferencia fuera de la carga de tracción sostenida — un clip que mantiene la pieza en tensión permanente es una grieta esperando al primer disolvente que encuentre
Venteo y atrapamiento de gas
La fluidez baja juega en ambos sentidos en el venteo: el PC es menos propenso que el ABS a producir rebaba a través de un huelgo de venteo, pero más propenso a atrapar gas, porque el frente de flujo no empuja el aire fuera con la misma facilidad. El resultado práctico son marcas de quemado y atrapamientos de gas en las últimas zonas llenadas, y por eso los moldes de PC suelen querer más venteo que el equivalente en ABS, no menos.
Secciones gruesas y servicio a baja temperatura
El PC se mantiene dúctil hasta unos −30 °C sin entalla, pero solo hasta unos −10 °C con entalla, así que una pieza con una esquina interna viva en servicio frío se comporta como una probeta con entalla, lo diga el plano o no. Redondee las esquinas internas y, si la pieza va a bajar de −10 °C, trate cada entalla — una huella de punto de inyección, el arranque de una rosca, la intersección de un nervio moldeado — como una decisión de diseño y no como un detalle.
Solución de problemas: los defectos que realmente produce el PC
| Defecto | Causa más probable en PC | Qué comprobar primero |
|---|---|---|
| Vetas plateadas / splay | Humedad por encima de 0,02 % | Punto de rocío del secador y humedad real de la resina, no el valor de consigna del secador |
| Piezas frágiles sin defecto visible | Hidrólisis por resina húmeda, o degradación por sobretemperatura | Registros de secado y tiempo de residencia; temperatura del barril frente a la banda de 280–320 °C |
| Grietas semanas después del montaje | Fisuración por tensión ambiental | Historial de temperatura de molde, tamaño del punto de inyección y los productos químicos que toca la pieza |
| Jetting en el punto de inyección | Punto de inyección demasiado pequeño para la fluidez del PC | Diámetro del punto de inyección frente al mínimo de 0,8–1,5 mm sin carga |
| Líneas de unión visibles | Temperatura de molde baja, o línea de unión en una zona de alta tensión | Temperatura de molde frente a la banda de 80–120 °C |
| Amarilleo | Sobrecalentamiento o tiempo de residencia largo en el barril | Tiempo de residencia, temperatura de la cámara caliente, tamaño de inyección frente a la capacidad del barril |
| Marcas de quemado / atrapamientos de gas | Venteo insuficiente | Profundidad y ubicación del venteo en las últimas zonas llenadas |
Páginas de proceso relacionadas
Los programas de PC de este sitio suelen tocar estas páginas:
- Moldeo por Inyección — el proceso base y el rango de máquinas
- Diseño de Moldes — decisiones de punto de inyección, refrigeración y expulsión que el PC impone
- Fabricación de Moldes Multicavidad — moldes de PC de 8 y 16 cavidades
- Moldeo en Sala Limpia — programas de PC médico
- Sobreinyección — trabajo de doble inyección PC-PC y PC-TPE
- Moldeo de Precisión — piezas de PC ópticas y con tolerancias críticas
- Ensamblaje — unir PC sin introducir tensión
- Guía de Materiales — la tabla completa de propiedades de todos los materiales de este sitio
Hacerlo bien con el PC en su pieza
Si tiene una pieza de PC en diseño, envíe el plano y las condiciones de aplicación — temperatura de servicio, productos químicos que tocará, especificación del ensayo de caída y si la transparencia es funcional o cosmética. Esas cuatro respuestas cambian el grado, el diseño del punto de inyección y la temperatura de molde antes de cotizar ningún utillaje.
Volveremos con una revisión de DFM y una cotización, y le diremos si el PC es el material equivocado para el trabajo.