Las técnicas de soplado de plásticos

El moldeo por soplado es responsable de una parte sustancial de la producción total de plásticos. En repetidas ocasiones se ha tratado en Plásticos Universales de estos temas desde el punto de vista técnico; por ello, lo que sigue es una simple recopilación de los sistemas utilizados y de sus aplicaciones más importantes

La fabricación de cuerpos huecos presenta problemas casi insoslayables para la técnica de inyección de plásticos, que es la más extendida. Por ello, fuera de la técnica de moldeo rotacional que resulta lenta para la producción de las grandes cadencias necesarias para el moldeo de envases y otros productos similares, se ha acudido a tecnologías multi-fase, en las que se fabrica primero un material tubular mediante extrusión o inyección y luego se modifica su forma bajo temperatura mediante la inyección de aire en un molde hueco cerrado frío, solidificándose el plástico en su forma definitiva al contacto con sus paredes.

La extrusión soplado

El uso de la extrusión para producir el elemento tubular a partir del que se forma el cuerpo hueco permite un mejor aprovechamiento de las posibilidades de los materiales multicapa, con lo que se consiguen envases en que la pared está compuesta por capas de distintos materiales que otorgan las características diferenciadas de barrera, resistencia a la radiación UV, características mecánicas o coloración.

Las extrusoras para producir grandes capacidades, con peso superior a los 25-50 kg unitarios, suelen estar dotadas de acumuladores de extruído para producir la preforma de un modo mucho más rápido que el que permitiría el propio flujo del cabezal de extrusión, evitando que se descuelgue antes de quedar fijada por el pinzamiento del molde.

La extrusión permite una gran versatilidad de formas. En formas simples, es posible producir envases con asa incorporada que se sopla conjuntamente con el cuerpo del envase mediante un pinzamiento parcial de la preforma. Pueden fabricarse también tubuladuras de forma compleja utilizando un robot que posiciona la preforma dentro de las formas complejas y con cambio de dirección del molde abierto. Estos productos tienen un amplio campo de aplicación en la industria del automóvil, tanto en los sistemas de climatización como en algunas tubuladuras de admisión, así como en la fabricación de depósitos de combustible. Se fabrican también infinidad de artículos de juguetería, palets y otros productos

Asimismo es el principal sistema para la fabricación de envases con plásticos biodegradables, que pueden ser la respuesta de la industria a los problemas de residuos sólidos urbanos, ya que estos materiales permiten su incorporación a los vertederos. En resumen, aunque sea el método más antiguo, es probablemente el más versátil y continuará siendo imprescindible para un número de aplicaciones.

La inyección-soplado

La inyección-estirado-soplado nació para dar una respuesta objetiva a la obtención de envases para bebidas carbónicas en materiales transparentes. Por sus características mecánicas, el poliéster termoplástico es el material más adecuado, pero al tratarse de un polímero cristalino era preciso un proceso con una gran rapidez de transformación y enfriamiento que permitiera evitar la formación de cristalitas durante el paso a la fase sólida.

A este efecto, se desarrolló un proceso en el que se producen las preformas (parison) con espesores de pared variables controlados, lo que hacía necesario moldearlas por inyección. En una segunda fase, la preforma caliente es estirada de forma también controlada y se inyecta finalmente aire para que el contacto con las paredes frías del molde endurezca el envase de modo casi instantáneo. El uso de PET exige un secado previo de la granza, puesto que cualquier traza de humedad invalida el proceso. En los últimos años se han puesto en el mercado equipos que realizan esta operación en secuencia con el proceso.

Los moldes de preforma se fabrican con cavidades múltiples, hasta 96, de modo que posibilite cadencias de la zona de soplado más rápidas que las de las máquinas de inyección. El producto final de PET tiene un coste algo mayor que los productos de inyección o extrusión soplado, realizados muchas veces con poliolefinas, por lo que no es previsible que su aplicación se extienda a muchos campos fuera del de las bebidas carbónicas.

El proceso de inyección soplado se utiliza también para producir capacidades huecas con otros materiales, como las botellas de PVC y de otros plásticos, como las destinadas a perfumería y farmacia en que se obtienen capacidades moldeadas con precisión sin líneas aparentes de soldadura. Otros productos incluyen manguitos, y otras piezas de gran precisión, con tolerancias en el espesor de pared del orden de 0,03 mm, que no sería posible obtener por extrusión soplado con preformas colgando libremente.

El núcleo del molde de inyección se construye como mandrín de soplado. Las preformas se inyectan cíclicamente sobre el mandrín con un cuello formado con precisión y un espesor de pared variable que depende del ahuecamiento de las mitades del molde. Donde es apropiado, se dispone de una estación de acondicionamiento para el estirado biaxial.

Equipamiento para el moldeo por extrusión-soplado

Dado que los moldes de soplado son externos al moldeado, rara vez presentan problemas de desmoldeo. Las presiones de trabajo no suelen exceder los 10 bar y las paredes de la cavidad no están sujetas a desgaste, por lo que pueden ser de construcción ligera y para las series cortas pueden construirse por colada a partir de modelos master usando cinc o aleaciones ligeras.

Están ampliamente provistos de canales para la desgasificación y deben tener una superficie interna finamente pulida de modo que el desmoldeo se facilite por la introducción de aire entre la cavidad y el artículo moldeado. Los tiempos de enfriamiento determinan los del ciclo, por lo que suelen estar provistos de medios de circulación de agua, aire o gases criogénicos (N₂ o CO₂).

La especificación modelo para las máquinas de extrusión-soplado es la Euromap 40 (1940), que contiene un resumen de parámetros Euromap, consistente en fuerza de cierre en toneladas, máxima separación entre placas con la unidad de cierre abierta, longitud de las placas en mm en la dirección de la preforma, diámetro de tornillo en mm o volumen del acumulador en cm³. Un ejemplo sería 15/700 x 600 -2500. Las extrusoras con husillo de Ø30 mm a Ø160 mm tienen una L/D del orden de 20 y son parecidas a la maquinaria de tubería.

La producción de preformas de hasta 1 kg para capacidades de 10 a 30 litros puede obtenerse en menos de 30 segundos desde tubos fundidos que emergen verticalmente y de modo continuo desde boquillas de alimentación lateral (para PE) o cabezales de soporte de mandrín (PVC), que son tomadas por agarres o directamente por moldes alternativos o rotativos y entregadas a las estaciones de acabado.

Para 2 kg o más, las preformas se producen desde acumuladores de cilindro y pistón a los que llega el fundido durante una fase pre-establecida y que pueden tener una capacidad de hasta 300 kg (PE) cuando se fabrican tanques de gasóleo para calefacción de hasta 10.000 litros de capacidad. El espesor de pared de las preformas para obtener un espesor deseado en el producto final se obtiene con hileras cónicas cuya holgura se regula electrónicamente.

Los bordes de la preforma suelen ser "pinchados" por elementos reemplazables del molde en las piezas en que las formas no son estrictamente de revolución. En estas zonas se produce un desperdicio de material que hace conveniente disponer de una estación de recuperación del material de la rebaba a pie de máquina.

Sin embargo, cuando se utilizan polímeros reforzados con fibras, este fenómeno produce una discontinuidad de las fibras que reduce drásticamente su resistencia mecánica en estas zonas. Para evitarlo, se han desarrollado sistemas de colocación de la preforma en el molde abierto que sigue sus cambios de dirección y con ello se consigue al soplado una continuidad estructural del producto.

Reciclado respecto a campos de aplicación

Los productos de PET se benefician, desde el punto de vista del reciclado, de la fácil reutilización del material como parte de la granza virgen. Por ello, junto con el aluminio, es uno de los materiales de recuperación mejor valorados.

Los envases de otros materiales, especialmente de PVC, están sometidos a presiones de las asociaciones ecologistas que pretenden su eliminación. En el caso de los demás polímeros se les ataca como contaminantes visuales, por cuanto abandonados en los campos afean el paisaje, lo cual es absolutamente ilógico, pero al PVC se le atribuyen toda clase de inconvenientes debido a su contenido en cloro. Por la misma razón podría sugerirse la eliminación de los vegetales que contienen clorofila o del mismo cuerpo humano por su elevado contenido de cloruro sódico. Sin base técnica alguna, se pretende borrar del mapa un material insustituible en múltiples aplicaciones, entre ellas, las aplicaciones médicas.

El reciclar materiales para obtener de nuevo monómeros o hidrocarburos se ha revelado, hasta ahora, excesivamente costoso. En la planta alemana de Bottrop se obtienen hidrocarburos a partir de RESU plásticos y aceites de motor usados, pero pese a su automatización (la manejan dos personas por turno), el producto final es más costoso que el hidrocarburo importado.

Pese a ello, están en marcha proyectos para el reciclado químico de estos residuos que, al parecer, en cantidades adecuadas (300.000 t/año) puede resultar económico. Sin embargo, no debe olvidarse que, por su constitución, los plásticos son, en si mismos, energía que puede utilizarse de nuevo por otros medios. Uno de ellos es el de la carburación del hierro para obtener acero, que puede absorber una parte importante de tales residuos.

Los citados plásticos biodegradables pueden ser otra respuesta para su acumulación en vertederos. Los envases que plantean un problema prácticamente irresoluble son los mixtos de plástico, cartón y aluminio, en que tiene un coste excesivo la separación de los tres componentes para un tratamiento adecuado.