El proceso industrial de extrusión de plásticos es un método ampliamente utilizado para la producción de una gran variedad de productos. La extrusión implica la alimentación de un material plástico en estado fundido a través de una matriz para producir un perfil continuo, o una sección transversal requerida. Este proceso industrial se ha convertido en uno de los más importantes para los ingenieros químicos, quienes se encargan de diseñar y optimizar los procesos de extrusión para garantizar la calidad y eficiencia de los productos finales.
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| Extrusora de plásticos en planta industrial. Imagen de komax |
En este artículo abordaremos el proceso industrial de extrusión de plásticos paso a paso, incluyendo la selección de materias primas, la preparación de materiales para la extrusión, la maquinaria empleada y los aditivos utilizados para mejorar las propiedades de los productos finales.
Tabla de contenidos
- ✔Selección de materias primas para el proceso de extrusión de plásticos
- ✔Preparación de materiales para la extrusión de plásticos
- ✔Temperatura de la extrusión de plásticos
- ✔Maquinaría empleada en el proceso de extrusión de plásticos
- ✔Proceso de extrusión de plástico paso a paso
Selección de materias primas para el proceso de extrusión de plásticos
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| Extrusión de plástico en línea de producción. Imagen de thomas |
La selección de las materias primas es un paso crucial en el proceso de extrusión de plásticos, ya que determina las propiedades físicas, químicas y mecánicas del producto final. Para seleccionar las materias primas adecuadas para el proceso de extrusión, se deben tener en cuenta varios factores, como el tipo de producto final, la resistencia y durabilidad requeridas, la temperatura de procesamiento, entre otros.
También, es importante considerar si se necesitan aditivos para mejorar las propiedades de los materiales, como la resistencia al calor, la rigidez, la resistencia al impacto y la estabilidad dimensional. A continuación, describiremos algunos puntos de interés para lograr una selección de materias primas óptimas para el proceso de extrusión.
¿Qué materiales se pueden extruir?
Responder esta primera pregunta es de gran relevancia para la selección de las materias primas a utilizar en un proceso industrial de este tipo. Como la extrusión en este caso se va a realizar en polímeros termoplásticos, podemos listar a continuación los materiales plásticos más comunes para la extrusión:
- Polietileno
- Propileno
- PVC
- Poliestireno
- ABS
- Nylon
Existen muchos otros materiales, sin embargo, estos son los más utilizados en los principales procesos industriales de extrusión. Cada uno de estos materiales tiene sus propias características y propiedades únicas que los hacen adecuados para diferentes aplicaciones. La selección de cualquier de ellos va a depender del tipo de producto final que deseemos realizar.
¿Qué aditivos utilizar en el proceso de extrusión?
Los aditivos son componentes que se agregan a los materiales plásticos durante el proceso de extrusión para mejorar o modificar sus propiedades. Los principales aditivos que se emplean en la industria son:
- Antioxidantes
- Estabilizadores UV
- Lubricantes
- Pigmentos
- Plastificantes
Estos aditivos se agregan en cantidades muy pequeñas y pueden tener un gran impacto en las propiedades finales del producto extruido.
La selección de las materias primas y aditivos adecuados es un factor crítico para el éxito del proceso de extrusión de plásticos. Los ingenieros deben tener un conocimiento profundo de las propiedades de los materiales y cómo afectan al proceso de extrusión para garantizar que se logren los resultados requeridos en términos de calidad, rendimiento y costo.
Preparación de materiales para la extrusión de plásticos
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| Línea industrial de extrusión de tubos de PVC. Imagen de plastico |
Una vez seleccionadas las materias primas, es necesario prepararlas adecuadamente para el proceso de extrusión. La preparación incluye una serie de pasos:
- Secado
- Mezcla
- Adición de aditivos
Estos pasos permiten obtener un material plástico homogéneo y de alta calidad para su posterior procesamiento en las máquinas de extrusión. Seguidamente, realizaremos una descripción de cada uno de estos pasos:
Secado de materias primas
El primer paso en la preparación de las materias primas es el secado. Muchos polímeros son higroscópicos, lo que significa que pueden absorber la humedad del aire. Si se utiliza un material húmedo para la extrusión, puede generar problemas en el proceso, como la formación de burbujas en el producto final. Para evitar esto, se secan las materias primas antes de la extrusión. El tiempo y la temperatura de secado dependen del tipo de polímero utilizado y de su grado de higroscopicidad.
Mezcla de materias primas
Una vez secas las materias primas, se procede a mezclarlas adecuadamente. La mezcla permite homogeneizar los materiales y mejorar las propiedades del producto final. En la mayoría de los casos, se utiliza una extrusora de mezclado para lograr una mezcla uniforme y consistente. En otras ocasiones se utilizan mezcladores mecánicos para realizar esta tarea, todo va a depender del presupuesto y el diseño de planta que se tenga.
Adición de aditivos
Es común la adición de aditivos a la mezcla de polímeros para mejorar ciertas propiedades del producto final. Los aditivos pueden ser agentes colorantes, agentes de resistencia al calor, agentes estabilizantes, entre otros. La cantidad y el tipo de aditivos que se utilizan dependen del tipo de polímero y de las propiedades específicas que se deseen mejorar.
Temperatura de la extrusión de plásticos
La temperatura es un factor clave en el proceso de extrusión de plásticos. La temperatura de extrusión debe ser lo suficientemente alta para fundir el polímero, pero no tan alta como para degradarlo o quemarlo. Si la temperatura es demasiado baja, el polímero no se fundirá adecuadamente, lo que puede generar problemas en el proceso, como por ejemplo, obstrucción de los ductos de las máquinas.
Si la temperatura es demasiado alta, se puede generar un producto final de baja calidad o incluso dañar la maquinaria utilizada en el proceso. En resumen, controlar la temperatura en el proceso de extrusión de plásticos es muy importante para poder garantizar la calidad del producto final.
Maquinaría empleada en el proceso de extrusión de plásticos
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| Extrusora de plásticos. Imagen de plastico |
El proceso de extrusión de plásticos es llevado a cabo en una máquina llamada extrusora. Esta máquina se compone de diferentes partes que trabajan juntas para producir el producto final. En primer lugar, hay un tornillo sin fin que se encarga de transportar el material a través del barril de la extrusora. Este barril está equipado con calentadores que derriten el material y lo mantienen en una temperatura constante para facilitar el proceso de extrusión.
En la parte delantera de la extrusora, hay una cabeza de extrusión que determina la forma y el tamaño del producto final. La cabeza de extrusión puede ser de diferentes formas y tamaños, dependiendo de la forma del producto final deseado. Además, pueden haber dispositivos adicionales, como cortadores o dispositivos de enfriamiento, que se utilizan para producir el producto final con la forma y el tamaño requeridos.
Es importante mencionar que existen diferentes tipos de extrusoras, cada una diseñada para trabajar con diferentes tipos de materiales y para producir diferentes tipos de productos finales. Algunos ejemplos de tipos de extrusoras incluyen la extrusora de un solo husillo, la extrusora de doble husillo y la extrusora de coextrusión. Cada una de ellas, tiene sus propias características y ventajas, siendo importante seleccionar la adecuada para el tipo de material y el producto final que se requiere producir.
Asimismo, en procesos de extrusión de plástico suelen utilizarse las siguientes máquinas complementarias:
- Bandas transportadoras
- Mezcladores
- Balanzas
- Empaquetadoras
- Cortadoras
Proceso de extrusión de plástico paso a paso
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| Diagrama de flujo del proceso de extrusión de plástico |
La extrusión es una de las técnicas más versátiles para la producción de productos de plástico y se utiliza en una variedad de industrias, desde la construcción hasta la automotriz y la alimentaria. Previamente, hemos descrito la selección y preparación de materias primas para realizar el proceso industrial de extrusión de plásticos de una manera eficiente.
Descripción del proceso de extrusión
El proceso de extrusión es una técnica de fabricación en la que un material plástico se calienta y se fuerza a través de una matriz para obtener una forma específica. Esta técnica se utiliza comúnmente en la fabricación de tubos, perfiles, láminas, películas, y otros productos de plástico. Seguidamente, veremos las etapas del proceso de extrusión y las describiremos más a detalle:
Etapas del proceso de extrusión de plásticos
- Carga del material
- Fusión del material
- Alimentación del material
- Extrusión del material
- Enfriamiento
- Corte
- Empaquetado
Carga de material
El primer paso del proceso de extrusión de plásticos es la carga del material en el alimentador de la máquina de extrusión. En esta etapa, el material de plástico se introduce en el sistema de alimentación, el cual, es responsable de transferir el material a la zona de fusión. Antes de cargar el material, es importante asegurarse de que esté limpio y seco, ya que cualquier tipo de contaminación o humedad puede afectar la calidad del producto final.
Existen diferentes métodos para cargar el material en la máquina de extrusión. Uno de los más comunes es el uso de pellets o gránulos de plástico, los cuales, se cargan en un recipiente de alimentación que se encuentra en la parte superior de la máquina. Estos pellets son transportados por un sistema de tornillo que los lleva hasta la zona de fusión. Otro método de carga, es mediante el uso de polvo de plástico, que se puede cargar en la máquina a través de un tubo de alimentación.
Fusión del material
Una vez que el material se carga en el alimentador de la máquina de extrusión, se mueve hacia el barril de extrusión. El barril está equipado con resistencias que calientan el material plástico para fundirlo. La temperatura del barril varía según el tipo de material utilizado, pero generalmente oscila entre los 150 y los 250 grados Celsius.
En el interior del barril, el material se mezcla y se calienta gradualmente por el tornillo de extrusión, que gira constantemente y empuja el material hacia adelante. A medida que el material se mueve hacia la salida del barril, se va fundiendo lentamente hasta convertirse en un estado líquido. Este proceso de fusión se lleva a cabo en un ambiente controlado y constante para asegurar que el material se funda uniformemente.
Una vez que el material se ha fundido, se acumula en el extremo del tornillo de extrusión en forma de masa de plástico caliente y viscosa. En este punto, el material está listo para ser extruido a través de la matriz para darle la forma deseada. Es importante asegurarse de que el material esté completamente fundido y uniformemente mezclado para evitar problemas de calidad en el producto final o de obstrucción en la extrusora.
Alimentación del material
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| Proceso de extrusión de plásticos. Imagen de tecnologiadelosplasticos |
Una vez que el material ha sido fundido, se alimenta a través del tornillo de extrusión hacia la matriz. El tornillo de extrusión tiene una forma helicoidal y se encarga de transportar el material fundido a través del barril de extrusión hacia la matriz. El diseño del tornillo de extrusión es crucial para la eficiencia del proceso, ya que debe ser capaz de proporcionar una cantidad constante y uniforme de material fundido a la matriz.
La velocidad y la presión del material en el tornillo de extrusión son controladas por el motor de la extrusora. Los ingenieros deben asegurarse de que la velocidad y la presión sean las adecuadas para cada tipo de material y para la forma deseada del producto final. También, deben supervisar la temperatura del material para garantizar que no se queme o se degrade durante el proceso de extrusión.
Una vez que el material ha sido alimentado a través del tornillo de extrusión, se mueve hacia la matriz, que es la herramienta que le dará al material la forma deseada. En el siguiente paso del proceso de extrusión, el material fundido se empuja a través de la matriz para darle forma al producto final.
Extrusión del material
Después de haber sido alimentado a través del tornillo de extrusión, el material fundido se empuja a través de una matriz, donde se le da la forma deseada. La matriz es un molde que puede tener una variedad de formas y tamaños, dependiendo del producto final que se quiera obtener.
La forma de la matriz puede variar desde una forma simple, como una barra o un tubo, hasta una forma más compleja, como una sección transversal de un perfil de aluminio o una hoja de plástico. La selección de la matriz adecuada es crucial para obtener un producto de calidad. El proceso de extrusión a través de la matriz puede ser continuo o intermitente, según el diseño del producto.
Enfriamiento
El quinto paso en el proceso de producción de materiales extruidos es el enfriamiento. Después de que el material ha sido extruido a través de la matriz y cortado a la longitud deseada, se debe enfriar rápidamente para evitar que pierda su forma y dimensiones. El enfriamiento se realiza generalmente mediante la inmersión del material extruido en un tanque de agua fría.
El agua fría circula a través del tanque, enfriando el material de manera uniforme y evitando deformaciones. También, se pueden utilizar otros medios de enfriamiento, como la inyección de aire frío o la utilización de rodillos enfriadores. La velocidad de enfriamiento depende del tipo de material y de la velocidad de extrusión, y es importante que el enfriamiento sea lo suficientemente rápido para evitar la deformación, pero no tan rápido que cause tensiones en el material.
Después de que el material se ha enfriado completamente, se puede cortar en piezas de la longitud deseada. El enfriamiento es un paso crítico en el proceso de producción de materiales extruidos, ya que afecta directamente la calidad y las propiedades físicas del producto final.
Corte
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| Extrusión industrial de tuberías plásticas. Imagen de everplast |
El paso final en la fabricación de perfiles de plástico es el corte. Durante este paso, los perfiles de plástico se cortan en las longitudes requeridas. Hay varias técnicas de corte que se pueden utilizar para cortar perfiles de plástico. Algunas de las técnicas de corte más comunes incluyen el corte con sierra, el corte por guillotina y el corte por chorro de agua.
- El corte con sierra es un método comúnmente utilizado para cortar perfiles de plástico. Durante este proceso, se utiliza una sierra de corte para cortar el perfil en la longitud requerida. La sierra puede ser accionada manualmente o mediante una máquina.
- El corte por guillotina es otra técnica común utilizada para cortar perfiles de plástico. Durante este proceso, se utiliza una cuchilla afilada para cortar el perfil en la longitud requerida. La cuchilla se mueve hacia abajo para cortar el perfil y se detiene cuando se alcanza la longitud deseada.
- El corte por chorro de agua es una técnica más avanzada que utiliza un chorro de agua a alta presión para cortar el perfil en la longitud requerida. Durante este proceso, el perfil se coloca sobre una plataforma y se mueve a través de la boquilla de corte, que corta el perfil con un chorro de agua a alta presión.
Después de que los perfiles se cortan a la longitud requerida, se pueden someter a un proceso de acabado adicional, como el biselado o el recorte. El biselado implica cortar un ángulo diagonal en los extremos de los perfiles, mientras que el recorte implica cortar una parte del perfil para crear una forma específica. Una vez que se ha completado el proceso de corte y acabado, los perfiles de plástico están listos para su uso en una amplia variedad de aplicaciones.
Empaquetado de los materiales extruidos
Después que los productos de plástico son cortados a la medida requerida, deben ser embalados y etiquetados adecuadamente para su almacenamiento y distribución.
La primera etapa del proceso de empaquetado es la selección del tipo de embalaje adecuado para los productos de plástico. El material de embalaje debe ser resistente y duradero para proteger los productos de posibles daños durante el transporte y almacenamiento. Además, se debe seleccionar el tamaño y la forma del embalaje para que se ajusten perfectamente al tamaño y la forma de los productos.
Una vez que se ha seleccionado el material de embalaje adecuado, los productos de plástico son colocados en el interior del embalaje y se cierra de manera segura. Esto se puede hacer mediante el uso de cintas adhesivas, grapas o sellos de seguridad, dependiendo del tipo de embalaje y del producto de plástico que se esté empaquetando.
Después que los productos de plástico han sido embalados, se deben etiquetar correctamente para facilitar su identificación y seguimiento en la cadena de suministro. Esto incluye etiquetas de identificación de productos, etiquetas de envío y etiquetas de seguridad si se requieren.
Es importante tener en cuenta que el proceso de empaquetado no solo es importante para proteger los productos de plástico, sino también para asegurar su calidad y evitar la contaminación. Es por eso que es necesario tomar precauciones para garantizar que los productos estén limpios y libres de polvo antes de ser empaquetados.
Proceso industrial de extrusión de plásticos by Ing. Bulmaro Noguera is licensed under a Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional License
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