Extrusión: ¿Qué es y cómo funciona?

En la industria del plástico, la extrusión se ha consolidado como un proceso fundamental para la fabricación de una amplia gama de productos. Desde láminas y tuberías hasta perfiles y filamentos, la extrusión de plástico ha revolucionado la forma en que se moldean y producen estos elementos clave en numerosas aplicaciones industriales.

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La extrusión de plástico se ha establecido como una técnica esencial en la industria moderna, permitiendo la producción eficiente y precisa de una amplia variedad de productos. Desde envases y botellas hasta perfiles de ventanas y componentes automotrices, la extrusión de plástico ofrece versatilidad y adaptabilidad en la fabricación de artículos cotidianos y especializados.

¿Qué es la extrusión de plásticos?

La extrusión de plástico es una técnica de fabricación de alta producción que implica la fusión homogénea de un material termoplástico, el cual puede estar en forma de pellets, polvo o gránulos. Posteriormente, con suficiente presión, el material fundido es expulsado por el orificio del dado o cabezal de conformación, adquiriendo la forma deseada durante el proceso.

Según datos estadísticos, la extrusión de plástico es ampliamente utilizada en la producción de diversos productos, desde tuberías hasta perfiles para ventanas y marcos, debido a su capacidad para producir grandes volúmenes en poco tiempo. Por lo tanto, esta técnica se ha convertido en un método popular para la fabricación de productos plásticos.

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¿Cómo funciona la extrusión de plásticos?

El proceso de extrusión de plástico comienza con el llenado de la tolva con polímeros en pellets u hojuelas. El conducto de alimentación utiliza la gravedad para transferir el plástico al barril para su posterior procesamiento.

Al entrar el material en el barril, comienza a ser calentado por medio de al menos tres zonas de resistencias calefactoras, donde la temperatura aumenta a medida que el material se aleja de la tolva.

Con el aumento de la temperatura, el barril utiliza un tornillo continuamente giratorio para empujar el plástico derretido hacia el siguiente componente de la máquina. El tornillo y la presión adicionalmente crean calor, por lo que las zonas de calefacción en sí mismas no necesitan ser tan calientes como la temperatura de extrusión esperada, lo que ahorra energía y facilita el proceso de extrusión.

El plástico fundido sale del barril a través de una malla soportada por la placa de ruptura. Esta malla elimina las sustancias extrañas del material y mantiene la presión interna. El material pasa por un canal de alimentación hacia la matriz especialmente diseñada, que tiene la misma forma que el perfil de extrusión deseado para el proyecto.

Al ser forzado a través del cabezal, el material fundido se conforma con la geometría que esté configurada en el mismo, lo que completa el proceso de extrusión.

Cuando se completa la extrusión, el perfil obtenido se enfría en una ducha de agua o mediante un conjunto de rodillos de enfriamiento para garantizar que la forma de su perfil de extrusión termoplástico se vuelva permanente.

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Historia de la extrusión

La extrusión de plásticos se remonta al siglo XIX, cuando el proceso de extrusión en sí comenzó a desarrollarse. Sin embargo, el uso de plásticos en este proceso no se hizo común hasta principios del siglo XX.

En sus primeras etapas, la extrusión se llevaba a cabo principalmente en máquinas de metal, que se utilizaban para dar forma a productos de caucho. Fue en la década de 1930 cuando la extrusión de plásticos comenzó a ganar popularidad, gracias al desarrollo de nuevas resinas plásticas más versátiles y la mejora de las técnicas de procesamiento.

Durante la Segunda Guerra Mundial, la extrusión de plásticos jugó un papel crucial en la fabricación de productos militares, como cables y aislantes. A medida que la demanda de plásticos aumentaba, los avances en la tecnología de extrusión permitieron una producción más eficiente y una variedad más amplia de productos.

En las décadas siguientes, la extrusión de plásticos se convirtió en un proceso fundamental en la industria manufacturera. Se desarrollaron nuevas técnicas, como la extrusión de doble husillo y la  coextrusión, que permitieron la producción de productos más complejos y con propiedades específicas.

Con el tiempo, la extrusión de plásticos se ha adaptado a diferentes necesidades industriales y se ha utilizado en una amplia gama de aplicaciones. Desde la fabricación de tuberías y perfiles hasta la producción de películas plásticas y láminas, este proceso ha revolucionado la forma en que se moldean y producen los productos plásticos que utilizamos en nuestra vida diaria.

Hoy en día, la extrusión de plásticos continúa evolucionando con tecnologías más avanzadas, como la extrusión en 3D y la extrusión de materiales compuestos. Estas innovaciones están abriendo nuevas posibilidades en términos de diseño, rendimiento y sostenibilidad, lo que asegura que la extrusión de plásticos seguirá desempeñando un papel clave en la industria en el futuro.

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Diferentes tipos de procesos de extrusión de plásticos

Aunque existen diferentes procesos de extrusión de plástico, los principios fundamentales se mantienen iguales. El tipo de proceso de extrusión plástica depende de la complejidad y minuciosidad de la forma del cabezal. Algunos tipos son más adecuados para lidiar con diseños complejos que otros.

A continuación se presentan los cuatro principales tipos de este proceso que los fabricantes de la industria emplean en la actualidad:

1. Extrusión de tubería

La extrusión de tubos sigue el mismo proceso general de extrusión de plástico hasta la sección del dado o cabezal. Este proceso es ideal para la fabricación de tubos y elementos huecos como tuberías y tubos largos. También es ideal para la producción de pajillas para beber (popotes) y tubos médicos.

Para producir secciones huecas, un operador de extrusión coloca un mandril o pasador dentro del dado, seguido de la aplicación de presión positiva a las cavidades internas a través del pasador. En situaciones que involucran múltiples agujeros, los fabricantes colocan más de un pasador en el centro del cabezal. El número de pasadores depende de la cantidad de agujeros deseados.

Además, la presión de aire para los pasadores en este escenario generalmente proviene de una fuente diferente, lo que facilita ajustar el tamaño de cada agujero.

2. Extrusión de película soplada

La extrusión de película soplada es un método bastante popular utilizado para crear artículos como bolsas de compras. Al igual que en la extrusión de tubos, el cabezal es la principal diferencia entre la extrusión de película soplada y la extrusión normal.

El troquel de extrusión de película soplada es un cilindro vertical con una abertura circular que varía desde unos pocos centímetros hasta más de tres metros de diámetro. Un par de rodillos de presión extraen el plástico fundido hacia arriba desde el dado para su uso en este proceso.

Los rodillos de presión suelen estar ubicados por encima del troquel a una distancia de cuatro a veinte metros. La altura exacta de los rodillos de presión depende de la cantidad de enfriamiento necesario. Además, la velocidad de los rodillos de presión determina el espesor de la pared o calibre de la película. A medida que la película asciende, un anillo de aire alrededor del dado ayuda a enfriarla.

Una salida de aire en el centro del troquel permite que el aire comprimido se bombee hacia el centro del perfil de plástico extruido circular para producir una burbuja. Esto resulta en una expansión proporcional de la sección transversal del plástico extruido circular. Esta proporción, también llamada relación de inflado, varía desde unos pocos porcentajes hasta más del 200 por ciento del diámetro original.

Finalmente, los rodillos de presión ayudan a aplanar la burbuja producida en una película de doble capa con un ancho equivalente a la mitad de la circunferencia de la burbuja. Esta película de doble capa tiene diversos usos, desde cortar en diferentes formas hasta enrollar o imprimir. También se puede sellar con calor para producir bolsas y otros artículos.

3. Extrusión de láminas 

Este proceso es bastante similar a la extrusión de película soplada, pero la diferencia radica en la creación de la forma deseada. En este tipo de extrusión, se requiere un proceso de estirado y laminado para lograr la forma deseada. Esto incluye determinar la textura de la superficie de la lámina, así como su grosor. Para su fabricación se utiliza un cabezal o dado plano. Posterior a la extrusión hay unos rodillos que van halando, enfriando y enrollando la lámina conformada.

El proceso de laminado garantiza que el producto adquiera la forma deseada y facilita su enfriamiento y solidificación permanente.

4. Sobre-extrusión

Este tipo de extrusión de plástico es ideal para la fabricación de cables aislantes. El objetivo aquí es darle al material una cubierta de plástico. Se utilizan doscabezales de extrusión de plástico principales para revestir los cables: el cabezal de presión y el de revestimiento.

Ambos tipos de cabezales tienen sus usos, pero el que se utiliza para revestir los cables depende del contacto requerido entre el material plástico y el cable.

Si se necesita un contacto muy cercano o una adherencia entre el cable y el material, entonces el cabezal de presión es ideal. Pero si la intimidad y el contacto no son necesarios, el cabezal de revestimiento es la mejor opción.

La diferencia principal entre estos tipos de herramientas radica en la posición del pasador en relación al troquel. Cuando el pasador se extiende hasta estar al ras con el troquel, se trata de una herramienta de revestimiento.

Por otro lado, el extremo del pasador se mantiene dentro de la cabeza cruzada para la herramienta de presión. Esto significa que el plástico fundido cubre el cable mientras aún está dentro del troquel. La presurización ocurre cuando tanto el cable como el plástico fundido salen del cabezal.

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Ventajas de la extrusión de plásticos

Tres de las principales ventajas de la extrusión de plástico son las siguientes:

• Bajo costo: en comparación con otros procesos de moldeo, la extrusión de plástico tiene un costo bajo y es más eficiente. El proceso de moldeo por extrusión utiliza termoplásticos que se vuelven a fundir y endurecer repetidamente, lo que permite que los residuos se reutilicen en lugar de ser desechados. Esto reduce los costos de materiales y disposición. Las máquinas de extrusión de plástico funcionan continuamente, lo que reduce las posibilidades de escasez de inventario. Además, permite la fabricación las 24 horas del día.
• Mejor flexibilidad: el moldeo por extrusión proporciona una flexibilidad considerable en los productos que se fabrican con una sección transversal consistente. Siempre y cuando se mantenga la misma sección transversal, el moldeo por extrusión puede producir formas complejas. Con leves alteraciones al proceso de extrusión de plástico, los fabricantes pueden utilizarlo para producir hojas de plástico o productos que combinen atributos de diferentes tipos de plástico.
• Alteraciones post-extrusión: los plásticos permanecen calientes cuando se retiran del extrusor y esto permite manipulaciones posteriores a la extrusión. Muchos fabricantes aprovechan esto y utilizan una variedad de rodillos, zapatas y troqueles para cambiar la forma del plástico según sea necesario.

Según estadísticas recientes, la extrusión de plástico es ampliamente utilizada en la fabricación de una amplia variedad de productos. En Estados Unidos, el valor de las ventas de extrusión de plástico ha aumentado en los últimos años, alcanzando los $ 7.81 mil millones en 2020, y se espera que continúe creciendo alrededor del 5 % anualmente hasta 2027. Este crecimiento se debe a la creciente demanda de productos plásticos en diversas industrias, como la automotriz, la electrónica, la construcción y la médica.

Principales aplicaciones de la extrusión de plásticos

Como uno de los principales métodos de creación de piezas de plástico, las aplicaciones generales del proceso de extrusión son muy amplias. Sin embargo, a continuación se presentan algunas de las áreas más destacadas donde las tecnologías de extrusión de plástico desempeñan un papel integral.

• Tuberías y tubos

La extrusión de plástico es comúnmente utilizada para producir tuberías y tubos de plástico. Estos productos son populares debido a que son fáciles de producir, ya que sólo se necesita un perfil cilíndrico sencillo para el troquel. Aunque el PVC es el material más comúnmente utilizado para la producción de tuberías, también hay alternativas disponibles. Sea cual sea el material utilizado, es probable que haya pasado por un proceso de extrusión de plástico.

• Aislamiento de cables

Los excelentes atributos de aislamiento eléctrico de los plásticos los convierten en una opción ideal para revestir y aislar cables en vivo. Su estabilidad térmica y flexibilidad natural también los hacen adecuados para esta tarea. Por lo general, el proceso de extrusión es utilizado para revestimiento y aislamiento, ya que ofrece resultados duraderos y es considerado como el método más conveniente.

• Ventanas

Los plásticos extruidos también son comúnmente utilizados en la producción de marcos de ventanas. El PVC es una opción popular por ser resistente a la radiación ultravioleta y tener una larga duración. Esta elección, es utilizada a menudo por muchos para tal fin.

• Puertas

Los marcos para puertas son otro ejemplo común en la utilización de la extrusión de plásticos, debido a su sección transversal constante y perfil continuo. El material PVC es frecuentemente empleado en la producción de marcos para puertas y otros accesorios para el hogar, ya que cuenta con estabilidad y características mecánicas excepcionales.

• Persianas y cortinas

La extrusión es utilizada con frecuencia en la producción de persianas y cortinas debido a la necesidad de tener múltiples ranuras idénticas para su funcionamiento adecuado. El poliestireno extruido es una opción popular de plástico para este propósito, y puede proporcionar una apariencia de madera falsa que a menudo se encuentra en persianas comunes.

• Equipos de limpieza

Los mangos de las escobillas, limpiaparabrisas y otros dispositivos de limpieza se fabrican comúnmente con plásticos. Para algunos productos, se utiliza un plástico tipo goma que mejora la eficacia de limpieza. La extrusión es esencial para la producción en masa de estos productos.