El moldeo por extrusión-soplado
La tecnología de extrusión-soplado avanzada no produce únicamente capacidades huecas sino que permite la fabricación de piezas con doble pared y secciones comprimidas, la inserción de piezas inyectadas o metálicas para obtener formas complejas, el moldeo de piezas multicapa o el moldeo secuencial de dos o más resinas que tienen características flexibles o rígidas.
La percepción común del proceso de extrusión-soplado es su utilidad para fabricar botellas o capacidades huecas de una amplia variedad de tamaños a partir de la extrusión de una preforma que penetra en un molde en dos mitades donde se expansiona por aplicación interior de aire a presión (0,5 a 1 Mpa).
Con este proceso se fabrican capacidades que van desde menos de 1 l a más de 10.000 l, pero su adaptabilidad ha permitido utilizarlo en una variedad de aplicaciones para el automóvil, equipo de oficina, mobiliario, materiales de construcción y productos para el ocio.
Productos inyectados y productos soplados
Un concepto asociado con productos del moldeo por soplado es que no puede obtenerse una gran precisión dimensional, lo que es cierto al compararlos con los inyectados. Sin embargo, presentan una resistencia al impacto muy superior, debido a un tratamiento mucho menos exigente de las resinas.
En efecto, la temperatura de moldeo es siempre mucho más baja que en el caso de la inyección; por ejemplo, para el polipropileno puede ser de 20 a 30 C menor y, aunque los sistemas de inyección asistida por gas y similares pueden bajar la presión de inyección hasta 20-50 MPA desde las habituales de 50-100 MPa, siempre es inferior la del soplado, menor de 1 MPa.
Con esto se reduce la degradación de la resina y se preservan mejor sus propiedades originales en el producto final. Al mismo tiempo, las elevadas temperaturas y presiones del moldeo por inyección son causa de marcas superficiales, tensiones residuales y distorsiones que no se presentan en el soplado, que utiliza además presiones de cierre de molde muy inferiores.
Las técnicas de extrusión-soplado permiten obtener piezas con bosajes y nervaduras incorporados, resistencia optimizada en función de las solicitaciones, piezas de doble pared (aislamiento incorporado), un buen control de la planimetría, y, en relación con la inyección, tamaños incomparablemente mayores, sin que importe que el producto presente una gran longitud respecto a la sección, variaciones de espesor o superficies irregulares que plantean problemas al inyectador: dado que se pueden incorporar insertos, las características de los productos de ambos procesos se aproximarán progresivamente en el futuro.
Tipos de resinas utilizados
Una ventaja del proceso es que no se precisan resinas de fácil fluencia para formar la preforma; de hecho se utilizan resinas con pesos moleculares de más de un millón, que se prefieren porque la viscosidad elevada evita el descuelgue de la preforma. Alternativamente, es posible utilizar cantidades importantes de cargas, que reducen su coste y mejoran su resistencia al calor. Los valores del índice de flujo del fundido son de dos órdenes de magnitud menores que los utilizados en la inyección.
En general, actualmente se utilizan resinas de grado de inyección modificadas, por la reducción de coste que implica su gran consumo, pero si se desarrollan resinas con alto peso molecular, específicas para este sistema, podrán obtenerse moldeados con calidades superiores. Los principales tipos de plásticos utilizados son PEbd, PEad, PVC-U, PS, PP, PA, elastómeros y ABS.
Equipos y proceso
Las máquinas de moldeo para este sistema constan de una o más unidades de plastificación, de hileras con apertura variable para regular el grueso de la preforma en cada zona, de moldes hembra fríos en dos mitades, aunque en determinadas técnicas se utilizan moldes más complejos, y del sistema para inyectar aire en la preforma cuando se han cerrado los moldes alrededor de la misma.
Figura 1 Apertura del molde al final del proceso de extrusión-soplado, en el que el producto tiene contrasalidas que no podrían realizarse por un procedimiento de molde machihembrado.
En la mayoría de los casos, los moldes disponen de elementos cortantes que separan la rebaba al cerrarse, y esta rebaba, cuando se trata de capacidades huecas, puede representar entre un 20 y un 50% del peso total de la preforma. Por lo tanto, la economía del proceso puede venir afectada por la reciclabilidad de las rebabas y su coste.
En otros procesos se utilizan moldes combinados macho-hembra que permiten fabricar capacidades huecas y piezas industriales con doble pared. Este es el caso de carcasas de máquinas de oficina y otros productos, en que se aprovecha también la facilidad de moldear monturas de encaje a presión (snap-fit) para ensamblar rápidamente conjuntos complejos.
Otra característica del proceso es que permite el moldeo secuencial de preformas con distintos materiales. Por ejemplo, en tubuladuras en que se precisan extremos rígidos para su montaje y elementos centrales flexibles o incluso con forma de fuelle, los extremos de la preforma se extruyen con material rígido y una segunda extrusora proporciona el elemento central en un elastómero adecuado, sin solución de continuidad.
Figura 2 Diversas piezas realizadas por extrusión-soplado, incorporando insertos, ramificaciones, soportes, grabados y otras características.
Las preformas pueden adaptarse a formas curvadas sinuosas, disponiéndose para ello de dos procesos principales; el de Placo, en que el molde se sitúa sobre una plataforma oscilable y que se desplaza en los ejes X e Y, y el de Battenfeld, en el que lo que se desplaza siguiendo los contornos del molde es un brazo de robot que toma la preforma. Otro proceso es el de Sumitomo, que utiliza flujo de aire para situar la preforma en el molde. La mayoría de los conductos de carga de combustible del automóvil están producidos así, e incorporan en la misma pieza el tubo de salida de aire.
Una de las razones que han llevado al desarrollo de estas técnicas es el uso de plásticos en que el contenido de fibras es decisivo para asegurar su resistencia mecánica. En las zonas de pinzamiento sólo se suelda el termoplástico, sin que las fibras, en discontinuidad, refuercen esa soldadura, por lo que las preformas de estos sistemas suelen utilizarse para fabricar piezas sin pinzamiento en las zonas solicitadas.
Estas técnicas y algunos de sus productos han sido objeto de diversas patentes, por lo que el moldeador que considere utilizar alguno de los procesos de extrusión-soplado avanzados deberá cerciorarse de su eventual incidencia. En general, los fabricantes de maquinaria están al corriente de estas cuestiones y pueden ser una primera fuente de orientación.
Figura 3 Esta caja de embalaje realizada en PP de doble pared, con contornos adaptados para recibir el producto envasado, bisagra viva, cierre y asas, ilustra las posibilidades del moldeo por extrusión soplado.
El proceso constituye una alternativa a la fabricación de conductos curvados con noyo fusible, pudiendo además incorporar insertos metálicos. Otra posibilidad es la de utilizar materiales multicapa con distinta rigidez, para otorgar un tacto blando al exterior del producto en tanto que el coextrusionado interno le confiere resistencia mecánica.
Superior versatilidad
Se trata, pues de un conjunto de técnicas que ofrecen una versatilidad muy superior a la que se percibe convencionalmente, y que permite soluciones inalcanzables mediante otros procesos. El coste de los moldes es un factor favorable, los grandes tamaños son fácilmente accesibles mediante el uso de extrusores múltiples y acumuladores de émbolo que pueden suministrar hasta 12 kg/s, y el tiempo de enfriamiento puede reducirse utilizando refrigeración en el molde. Se trata de unos procedimientos que ofrecen favorables condiciones cuando no son precisas tolerancias muy estrictas ni series muy elevadas, ofreciendo además una superior resisstencia mecánica.
| El proceso permite el moldeo secuencial de preformas con distintos materiales, como en tubuladuras en que se precisan extremos rígidos para su montaje y elementos centrales flexibles. | La extrusión-soplado es una alternativa a la fabricación de conductos curvados con noyo fusible. Puede además incorporar insertos metálicos y utilizar materiales multicapa con distinta rigidez. |
| La versatilidad del proceso ha permitido utilizarlo en múltiples aplicaciones para el automóvil, equipo de oficina, mobiliario, materiales de construcción y productos para el ocio. | Los productos presentan una resistencia superior debido a un tratamiento mucho menos exigente de las resinas. La temperatura de moldeo es más baja que en el caso de la inyección. |
