El proceso de extrusión de plástico convierte gránulos en perfiles personalizados

Pensemos en las tuberías de plástico, los marcos de las ventanas y los envases de alimentos que nos rodean a diario. ¿Cómo evolucionan estos productos desde pequeños gránulos de plástico hasta sus formas finales? La respuesta está en una maravilla industrial llamada moldeo por extrusión de plástico. Exploremos este fascinante proceso de fabricación que silenciosamente da forma a nuestro mundo moderno.

Comprender la extrusión de plástico

En esencia, la extrusión de plástico se asemeja a exprimir pasta de dientes. El proceso comienza con la alimentación de materias primas plásticas (normalmente gránulos, polvo o escamas) a la tolva de una extrusora. Mediante la rotación del tornillo y el calentamiento externo, el plástico se funde gradualmente. Luego, este plástico fundido se fuerza a alta presión a través de una matriz de forma especial, enfriándose hasta obtener perfiles continuos de la forma deseada. Este método versátil produce numerosos productos que incluyen:

• Tuberías/Perfiles:Diversas tuberías de plástico y perfiles especializados.
• Tiras de sellado:Para ventanas, puertas y aplicaciones automotrices.
• Esgrima:Barreras y barandillas de plástico.
• Barandillas de cubierta:Componentes de plástico para terrazas de exterior
• Marcos de ventanas:Estructuras de ventanas de plástico.
• Películas/hojas de plástico:Envases de alimentos y películas agrícolas.
• Recubrimientos termoplásticos:Capas de aislamiento de cables eléctricos.

Evolución histórica de la extrusión de plástico

Si bien es crucial para la industria moderna, la tecnología de extrusión tiene sus raíces en el siglo XIX. Los primeros prototipos de extrusoras cubrieron las necesidades de procesamiento del caucho. En 1820, Thomas Hancock inventó un "masticador" de caucho para reciclar desechos de caucho. Edwin Chaffee desarrolló una máquina de dos rodillos en 1836 para mezclar aditivos en caucho. El gran avance se produjo en 1935, cuando Paul Troester y Ashley Gershoff en Hamburgo, Alemania, lograron la primera extrusión de plástico termoplástico. Poco después, Roberto Colombo de LMP en Italia desarrolló la primera extrusora de doble tornillo.

El proceso de extrusión paso a paso

El proceso de extrusión de plástico consta de varias etapas precisas:

1. Alimentación:Los gránulos de plástico (resina) ingresan al cilindro del extrusor por gravedad desde la tolva.
2. Fusión:El tornillo giratorio transporta los pellets hacia adelante mientras los calentadores del barril proporcionan energía térmica para fundirlos.
3. Homogeneización:El tornillo mezcla completamente el plástico fundido para lograr una temperatura y composición constantes.
4. Filtración:El plástico fundido pasa a través de pantallas para eliminar impurezas.
5. Conformación de troqueles:El material se fuerza a través de una matriz moldeada para formar el perfil.
6. Enfriamiento:El perfil extruido se solidifica mediante baños de agua o rodillos de enfriamiento.
7. Tracción:El equipo de transporte de velocidad constante mantiene la estabilidad dimensional
8. Corte/Bobinado:El producto continuo se corta a medida o se enrolla en rollos.

El corazón del sistema: el tornillo

El tornillo extrusor representa el componente crítico del sistema, y ​​su diseño impacta directamente en la eficiencia y la calidad del producto. Un tornillo de extrusión de plástico estándar normalmente contiene tres zonas funcionales:

• Zona de alimentación (transporte sólido):Introduce material plástico con una profundidad de canal constante.
• Zona de transición (compresión):Derrite gradualmente el plástico mientras reduce la profundidad del canal.
• Zona de medición (transporte de material fundido):Completa la fusión y garantiza una calidad uniforme de la fusión.

Las extrusoras especializadas, como los modelos ventilados (de dos etapas), incorporan zonas adicionales:

• Zona de descompresión:Ubicada aproximadamente en dos tercios a lo largo del tornillo, esta sección de canal más profunda reduce la presión para ventilar los gases atrapados.
• Segunda Zona de Medición:Represuriza la masa fundida para superar la resistencia aguas abajo

La relación longitud-diámetro (L/D) del tornillo sirve como parámetro de diseño clave. Un tornillo de 6 pulgadas de diámetro con 24:1 L/D mide 144 pulgadas (12 pies) de largo. Las relaciones L/D más altas mejoran la capacidad de mezcla y el rendimiento. Si bien 25:1 es común, algunas máquinas alcanzan 40:1. Los tornillos ventilados generalmente requieren 36:1 L/D para acomodar zonas adicionales.

Control de temperatura crítica

Una regulación precisa de la temperatura resulta esencial durante toda la extrusión. Cada zona incorpora termopares o RTD para monitorear y controlar el calor. El "perfil de temperatura" establecido influye significativamente en las características del producto final.

Variedades de extrusión

• Extrusión de película soplada:Produce películas plásticas para embalajes y láminas.
• Extrusión de láminas/películas:Crea láminas de plástico más gruesas utilizando troqueles en T o troqueles para perchas.
• Extrusión de tuberías:Fabrica tuberías de plástico como conductos de PVC.
• Extrusión de recubrimiento:Aplica aislamiento plástico a alambres y cables.
• Coextrusión:Combina múltiples materiales en estructuras en capas.
• Recubrimiento por extrusión:Lamina películas plásticas sobre sustratos como papel o láminas.
• Extrusión compuesta:Mezcla polímeros con aditivos para crear compuestos personalizados.

Opciones de materiales

• Polietileno (PE)
• Polipropileno (PP)
• Polioximetileno (POM)
• Acrílico (PMMA)
• Nailon (PA)
• Poliestireno (PS)
• Cloruro de polivinilo (PVC)
• Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS)
• Policarbonato (PC)

Muere la diversidad

• Troqueles anulares:Diseño simple pero puede causar flujo desigual.
• Muere araña:Proporciona flujo simétrico pero crea líneas de soldadura.
• Troqueles en espiral:Elimine las líneas de soldadura y la asimetría del flujo.
• Troqueles en T/troqueles para perchas:Convierta el flujo circular en salidas planas

Ventajas de la coextrusión

Cuando los polímeros individuales no pueden cumplir con todos los requisitos, la coextrusión combina múltiples materiales en productos en capas. Este enfoque fusiona diferentes propiedades de los materiales, como la capacidad de barrera al oxígeno con la resistencia estructural, en componentes individuales.

El papel de la capitalización

La extrusión compuesta combina polímeros con aditivos para modificar características como el color, la durabilidad o la resistencia a la intemperie. Los gránulos resultantes sirven para otros métodos de procesamiento de plástico.

Superioridad de doble tornillo

La composición a menudo requiere extrusoras de doble tornillo por su capacidad de mezcla superior. Estos vienen en configuraciones co-rotativas y contrarrotativas, donde la primera ofrece una mejor mezcla axial y la segunda genera presiones más altas.

Aplicaciones ubicuas

La tecnología de extrusión impregna la vida moderna y produce componentes para los sectores de la construcción, la automoción, la medicina y los bienes de consumo.

El futuro de la extrusión

A medida que avanza la tecnología, los procesos de extrusión continúan evolucionando hacia una mayor eficiencia, ahorro de energía y sostenibilidad ambiental, lo que promete más innovaciones en la fabricación de productos plásticos.