¿Cuáles son los principios científicos de la extrusión de plásticos?

La extrusión de plástico transforma el plástico bruto en formas continuas mediante calor y presión, una técnica vital para crear diversos productos como tuberías, láminas y películas.

La extrusión de plásticos funde polímeros y los empuja a través de una matriz para darles formas continuas, fabricando eficazmente artículos como tubos, láminas y películas.

Comprender la extrusión de plásticos es clave para optimizar los procesos de fabricación. Este método permite crear diversos perfiles de plástico. Profundice para explorar cómo las diferentes técnicas de extrusión pueden beneficiar a su línea de producción.

¿Cuáles son los principios básicos de la extrusión de plásticos?

La extrusión de plástico es un proceso de fabricación fundamental que moldea y da forma a los materiales en productos utilizados en diversas industrias. Mediante el calentamiento controlado y la extrusión, el plástico en bruto se transforma en artículos versátiles como tubos, películas y láminas.

La extrusión de plástico funde y da forma al plástico a través de una matriz, produciendo productos continuos como tubos. Los componentes clave son la extrusora, la matriz y el sistema de refrigeración, cruciales para una fabricación eficiente en los sectores de la automoción y la construcción.

Principios mecánicos

La extrusión es sencilla. Un tornillo gira en un barril y empuja el plástico hacia delante. El tornillo es en realidad un plano inclinado o rampa, envuelto alrededor de una capa central. Su finalidad es aumentar la presión para vencer una mayor resistencia.

Cuando se extruye, hay que luchar contra tres cosas: la fricción de las partículas sólidas (alimentación) contra la pared del barril y la fricción entre ellas durante las primeras vueltas del tornillo (zona de alimentación); la adherencia de la masa fundida a la pared del barril; y la resistencia al flujo dentro de la masa fundida a medida que avanza.

Principios térmicos

Los termoplásticos son plásticos que pueden fundirse cuando se calientan y solidificarse cuando se enfrían. ¿De dónde procede el calor para fundir el plástico? Los calentadores de la garganta de alimentación y del cilindro/matriz pueden ayudar y son importantes cuando se pone en marcha, pero la energía de entrada del motor, el calor generado por la fricción en el cilindro cuando el motor hace girar el tornillo contra la resistencia del plástico fundido grueso, es la fuente de calor más importante para todos los plásticos, excepto para los sistemas pequeños, lentos velocidad del tornillo¹s, plásticos de alta temperatura de fusión y aplicaciones de revestimiento por extrusión.

Principios de adaptación

En la mayoría de las extrusoras, el cambio de velocidad del tornillo se consigue ajustando la velocidad del motor. El motor suele funcionar a una velocidad máxima de unas 1.750 rpm, pero esto es demasiado rápido para un tornillo extrusor.

Si funciona tan rápido, se genera demasiado calor por fricción y el tiempo de residencia del plástico es demasiado corto para preparar una masa fundida uniforme y bien mezclada. Las relaciones de reducción típicas se sitúan entre 10:1 y 20:1. La primera etapa puede utilizar engranajes o poleas, pero en la segunda se utilizan engranajes y el tornillo se sitúa en el centro del último engranaje grande.

En algunas máquinas de marcha lenta (como los tornillos dobles para UPVC), puede haber tres etapas de reducción y la velocidad máxima puede ser de 30 rpm o menos (relaciones de hasta 60:1). En el otro extremo, algunos tornillos dobles muy largos utilizados para mezclar pueden funcionar a 600 rpm o más, por lo que se requiere una tasa de desaceleración muy baja y mucha refrigeración profunda.

¿Cuáles son los parámetros del proceso de moldeo por extrusión?

Los parámetros de moldeo por extrusión definen la calidad y la eficacia del producto, desempeñando un papel vital en diversos sectores de fabricación.

Los parámetros de moldeo por extrusión incluyen la temperatura del barril, la velocidad del tornillo y el diseño de la matriz, que afectan al flujo, la forma y la precisión, esenciales para una producción óptima en envasado y construcción.

Temperatura

La temperatura es una de las condiciones importantes para el buen desarrollo del moldeo por extrusión. Partiendo de materiales sólidos en polvo o granulados, los productos de alta temperatura se extruyen desde el cabezal de la matriz y se someten a un complejo proceso de cambio de temperatura.

En sentido estricto, la temperatura de moldeo por extrusión debería referirse a la temperatura del plástico fundido, pero esta temperatura depende en gran medida de la temperatura del barril y del tornillo, y una pequeña parte procede del calor de fricción generado durante la mezcla en el barril, por lo que a menudo se utiliza la temperatura del barril para aproximar la temperatura de moldeo.

Para transportar, fundir, homogeneizar y extrudir sin problemas el plástico en el barril y producir eficazmente piezas de alta calidad, la clave es controlar la temperatura de cada sección del barril. La temperatura del barril se ajusta mediante el sistema de calefacción y refrigeración y la control de temperatura² de la extrusora.

La temperatura de la cabeza debe controlarse por debajo de la temperatura de descomposición térmica del plástico, y la temperatura en la matriz puede ser ligeramente inferior a la temperatura de la cabeza, pero debe garantizarse que la masa fundida de plástico tenga una buena fluidez.

Además, la fluctuación y la diferencia de temperatura durante el proceso de moldeo causarán defectos como tensión residual, resistencia desigual en cada punto y superficie mate en las piezas de plástico. Hay muchos factores que provocan estas fluctuaciones y diferencias de temperatura, como sistemas de calefacción y refrigeración inestables, cambios en la velocidad de los tornillos, etc., pero el diseño y la selección de los tornillos son los que más influyen.

Presión

Al extruir, el plástico tiene que empujar a través de la matriz. Es como intentar sacar pasta de dientes de un tubo. Hay que empujar con fuerza para que salga. La presión en el interior del plástico al pasar por el barril es lo que hace que se funda y se convierta en una pieza sólida.

Si aumenta la presión de la matriz, puede conseguir que la masa fundida se mezcle mejor y que el producto sea más denso. Pero si aumentas demasiado la presión de la matriz, harás menos producto.

Al igual que la temperatura, los cambios de presión a lo largo del tiempo también producirán fluctuaciones periódicas, que también tienen un efecto adverso en la calidad de las piezas de plástico.

Los cambios en la velocidad del tornillo y la inestabilidad de los sistemas de calefacción y refrigeración son causas de las fluctuaciones de presión. Para reducir las fluctuaciones de presión, la velocidad del tornillo debe controlarse razonablemente para garantizar la precisión del control de temperatura de los dispositivos de calefacción y refrigeración.

Velocidad de extrusión

La tasa de extrusión (también conocida como velocidad de extrusión) es la cantidad de plástico que sale de la matriz de la extrusora en un tiempo determinado. Suele medirse en kilogramos por hora o metros por minuto. La medida de la velocidad de extrusión indica la cantidad que puede fabricar la extrusora.

Hay muchos factores que afectan a la velocidad de extrusión, como la estructura de la matriz, el tornillo y el barril, la velocidad del tornillo, la estructura del sistema de calefacción y refrigeración y las características del plástico.

Tanto la teoría como la práctica han demostrado que la velocidad de extrusión³ aumenta con el aumento del diámetro del tornillo, la profundidad de la ranura en espiral, la longitud de la sección de homogeneización y la velocidad del tornillo, y aumenta con el aumento de la presión de la masa fundida en el extremo del tornillo y la separación entre el tornillo y el barril.

Cuando se han determinado la estructura de la extrusora, el tipo de plástico y el tipo de piezas de plástico, la velocidad de extrusión sólo está relacionada con la velocidad del tornillo. Por lo tanto, ajustar la velocidad del tornillo es la principal medida para controlar la tasa de extrusión.

La velocidad de extrusión también cambia durante la producción, lo que afecta a la forma y el tamaño de las piezas de plástico. Así que, además de conseguir el diseño y las dimensiones correctas del husillo, hay que controlar la velocidad del husillo y la temperatura de extrusión. De este modo, se evita que la presión de extrusión y la viscosidad de la masa fundida cambien debido a los cambios de temperatura. De este modo, se evita que cambie la velocidad de extrusión.

Velocidad de tracción

Cuando extruyes plástico, obtienes una pieza larga y continua. Se necesita algo que tire de ella. El plástico se estira cuando sale de la matriz y se tira de él. Cuanto más se estira, más fuerte se vuelve en la dirección en que se estira, pero también se encoge más cuando se enfría.

Normalmente, se extrae a la misma velocidad a la que se extruye. La relación entre la velocidad a la que lo sacas y la velocidad a la que lo extruyes se denomina relación de tracción⁴. Tiene que ser más de 1.

¿Cuáles son las etapas de la extrusión de plásticos?

La extrusión de plástico transforma la materia prima plástica en formas continuas como tubos y láminas, cruciales para numerosas aplicaciones de fabricación.

La extrusión de plástico consiste en alimentar, fundir y moldear plástico bruto a través de una matriz y enfriarlo para crear perfiles continuos como tubos y láminas.

Alimentación y precalentamiento

El dispositivo de alimentación de la extrusora de plástico suele utilizar un diseño de embudo para añadir la materia prima plástica al barril. Durante el proceso de alimentación, es necesario precalentar la materia prima para mejorar su fluidez y efecto de fusión. El precalentamiento puede lograrse mediante un calentador fuera del barril, o la materia prima puede ser precalentada por un precalentador.

Fusión y transporte

Cuando la materia prima entra en el barril, el husillo sigue empujándola hacia delante. Mientras tanto, el calentador situado fuera del barril calienta la materia prima, haciendo que se funda y se convierta en un líquido pegajoso. El tornillo y el calentador trabajan juntos para que el líquido forme capas en el barril.

El husillo es una pieza clave de la extrusora de plástico, y su forma y estructura influyen mucho en la capacidad de fundir y mover el plástico. Por lo general, el tornillo se fabrica en secciones, con diferentes partes del tornillo que tienen diferentes profundidades y anchuras de rosca para trabajar con diferentes tipos de plástico.

La velocidad de giro del tornillo también es importante para fundir y mover bien el plástico, y hay que cambiar la velocidad en función del tipo de plástico que se utilice, de lo caliente que esté y de lo que se quiera hacer.

Extrusión y moldeo

Después de fundir y transportar el plástico, la masa fundida llega a la matriz (molde). La matriz extruye la masa fundida para darle la forma deseada según la forma y los requisitos del producto. La estructura y el diseño de la matriz tienen una influencia importante en el efecto de moldeo del producto, y deben diseñarse y fabricarse de acuerdo con los requisitos del producto.

Cuando se extruye la masa fundida, se somete a fuerzas de presión y cizallamiento en el interior de la matriz, y va formando gradualmente la forma del producto. Al mismo tiempo, el sistema de refrigeración fuera de la matriz enfría el producto para mantenerlo con una forma y tamaño determinados. La velocidad y el método de enfriamiento deben ajustarse en función del material y los requisitos del producto.

Tracción y corte

Tras la extrusión y el moldeo, es necesario extraer el producto de la matriz y cortarlo. El dispositivo de tracción suele utilizar un diseño de oruga o rodillo para extraer el producto de la matriz por fricción. El dispositivo de corte corta según la longitud y los requisitos del producto para garantizar las especificaciones y la calidad del producto.

¿Cuáles son las características del proceso de extrusión de plásticos?

El proceso de extrusión de plásticos es un método de fabricación versátil muy utilizado para producir perfiles continuos con secciones transversales uniformes, fundamentales para sectores como la construcción y el embalaje.

La extrusión de plásticos consiste en fundir granulados y darles forma a través de una matriz, lo que ofrece versatilidad, eficacia y rentabilidad para la producción a gran escala.

Moldeo de plástico de precisión

La precisión de los productos extruidos es relativamente alta, y pueden fabricarse productos con diámetro, grosor y longitud relativos a la precisión especificada. Los productos de alta precisión tienen aplicaciones muy importantes en todos los ámbitos de la vida porque pueden satisfacer mejor las necesidades de los clientes o desarrollar libremente productos más complejos.

La extrusión de plásticos es un proceso que puede hacer más preciso el moldeo de plásticos y producir todo tipo de productos de plástico complejos, como tubos, perfiles, láminas, etc. Ajustando los parámetros de la extrusora y la estructura del molde, se puede controlar con precisión el tamaño y la forma de los productos fabricados para satisfacer las necesidades de los distintos clientes.

Alta eficiencia de producción

En comparación con otros métodos de transformación de plásticos, el proceso de extrusión de plásticos⁵ tiene una mayor eficiencia de producción. El proceso de producción del moldeo por extrusión de plástico es simple y fácil, y puede automatizarse. La eficiencia de producción es relativamente alta, y se pueden fabricar muchos productos en poco tiempo.

Una extrusora puede producir de forma continua productos de plástico de hasta cientos de metros de longitud, con una velocidad de producción rápida, producción automática, costes de mano de obra reducidos y una eficiencia de producción mejorada. Además, moldeo por extrusión⁶ También se puede producir de forma continua sin parar para las operaciones de cambio de molde, lo que reduce en gran medida el coste del tiempo de producción del producto. Adecuado para la producción en masa.

Gran controlabilidad

Puede controlar el extrusión de plástico⁷ proceso para fabricar diferentes productos. Puede cambiar la temperatura, la presión, la velocidad y otras cosas en la extrusora para que el material y el proceso funcionen para diferentes productos. También puede cambiar el molde siempre que lo desee para fabricar productos diferentes.

Superficie lisa del producto

Los productos de plástico fabricados por extrusión de plástico tienen una superficie lisa y una calidad estable. Cuando el plástico es extruido y enfriado por el molde, no es fácil que se produzcan burbujas y defectos en la superficie. Tiene buen aspecto y buen tacto, y es adecuado para ocasiones con elevados requisitos en la superficie del producto.

Excelentes propiedades mecánicas

Los productos moldeados por extrusión tienen excelentes propiedades mecánicas, como resistencia al desgaste, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, alta resistencia y buena tenacidad. Estas excelentes propiedades mecánicas⁸ hacen que los productos extruidos se utilicen ampliamente en diversos campos, como la fibra química, los materiales de construcción, la electrónica, la automoción, el envasado y otras industrias.

Varias formas

La tecnología de moldeo por extrusión puede fabricar todo tipo de productos, como tubos, placas, láminas, perfiles, etc. También se pueden personalizar. Los productos son muy flexibles.

Bajo coste de producción

El moldeo por extrusión es barato de producir porque el equipo y el proceso de esta tecnología son sencillos, y la tasa de desechos es baja. Cuando se fabrican productos, el coste es importante. Por eso, el moldeo por extrusión es una buena opción para fabricar productos.

En el proceso de extrusión de plástico, las partículas de plástico se calientan y ablandan antes de ser extruidas, lo que reduce al máximo los residuos y ahorra materias primas. Además, la extrusora puede controlar con precisión la cantidad de extrusión, evitando el desperdicio de materias primas, mejorando la tasa de utilización de las mismas y reduciendo los costes de producción.

¿Cuáles son los ámbitos de aplicación de la extrusión de plásticos?

La extrusión de plásticos es una parte integral de la fabricación, que proporciona a diversas industrias productos de plástico a medida, desde piezas de automoción hasta envases.

La extrusión de plástico se utiliza en componentes de automoción, materiales de construcción, productos de consumo y envases, y ofrece versatilidad, propiedades mejoradas, rentabilidad y flexibilidad de diseño.

Materiales de decoración del hogar

En el campo de la decoración del hogar, la tecnología de extrusión de plásticos también se utiliza ampliamente. La tecnología de extrusión puede fabricar materiales decorativos como suelos, paneles de pared y zócalos. Estos materiales no sólo son bonitos y fáciles de instalar, sino que también tienen buena resistencia al desgaste, al agua y a la corrosión. El proceso de extrusión de plásticos ofrece una opción más diversa y respetuosa con el medio ambiente para la decoración del hogar.

Perfiles de puertas y ventanas

En el sector de la construcción, los perfiles de plástico para puertas y ventanas han ido sustituyendo a los tradicionales de madera y metal porque son ligeros, no se oxidan y son fáciles de fabricar.

El PVC es uno de los principales materiales para fabricar perfiles de puertas y ventanas. Se pueden fabricar marcos de puertas y ventanas, hojas y otras piezas de diferentes formas exprimiendo el PVC en una máquina. Estas piezas tienen buen aspecto, mantienen el calor dentro, mantienen el ruido fuera y forman parte de los edificios modernos.

Tuberías

Las tuberías son una de las cosas más comunes que se hacen con extrusión de plástico. Con la extrusión se pueden fabricar tuberías de agua, gas o aislamiento de cables. El PVC, el PE y el PP son los plásticos más populares para fabricar tuberías porque tienen buenas propiedades físicas y son fáciles de procesar. Con la extrusión se pueden fabricar tubos de diferentes diámetros, grosores de pared y longitudes para adaptarse a distintos usos.

Piezas de automóvil

La extrusión de plástico también es importante en la industria del automóvil. Con la extrusión se pueden fabricar piezas de automóvil como salpicaderos, juntas y otras piezas. Estas piezas tienen que tener buen aspecto y el tamaño adecuado. También deben resistir las inclemencias del tiempo y no desgastarse. La extrusión puede fabricar estas piezas. Puede fabricar piezas de calidad que mejoren el coche.

Piezas electrónicas y eléctricas

En la industria electrónica y eléctrica, la tecnología de extrusión de plásticos se utiliza ampliamente para fabricar todo tipo de carcasas, materiales aislantes, radiadores y otras piezas. Estas piezas deben tener un buen aislamiento, resistencia térmica y resistencia mecánica. Ajustando la estructura y el tamaño de la matriz de extrusión, podemos fabricar todo tipo de formas y colores complejos de piezas electrónicas y eléctricas para satisfacer las necesidades de los distintos productos.

Otros perfiles especiales

Además de los perfiles de plástico comunes mencionados anteriormente, la tecnología de extrusión de plástico también puede producir varios perfiles especiales según las necesidades del cliente. Por ejemplo, perfiles especiales para barandillas de seguridad y dispositivos de protección, perfiles de precisión para equipos médicos y componentes de iluminación, etc. La producción de estos perfiles especiales requiere un diseño de moldes de alta precisión y una tecnología de extrusión avanzada para satisfacer las necesidades de campos específicos.

Conclusión

La extrusión de plástico es un proceso que empuja el plástico hacia delante mediante la rotación del tornillo en el barril, en el que intervienen principios mecánicos, térmicos y de desaceleración. Los termoplásticos se precalientan, se funden, se transportan al molde para darles la forma deseada y se completan con un corte por tracción.

El moldeo por extrusión es una forma estupenda de fabricar cosas. Es superpreciso, superrápido, fácil de controlar y barato. Se puede utilizar para hacer todo tipo de cosas, como cosas para el hogar, tuberías, puertas y ventanas, piezas de automóviles y electrónica. Puedes hacer todo tipo de formas para adaptarla a lo que necesites. Es genial para todo tipo de cosas.