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Visión general de la tecnología de extrusión de plásticos

Este artículo desvela los aspectos más complejos del proceso de extrusión de plásticos, desde sus principios fundacionales hasta sus aplicaciones más extendidas.

La extrusión de plásticos es un proceso de fabricación fundamental en la industria del plástico. Este método transforma la materia prima plástica en un perfil continuo, consiguiendo varias formas y tamaños para responder a distintas necesidades.

Históricamente, esta tecnología ha desempeñado un papel fundamental en el fortalecimiento del sector del plástico, impulsando la innovación y la escalabilidad. Sus orígenes se remontan a principios del siglo XIX, cuando los innovadores empezaron a explorar el potencial de remodelar los materiales plásticos. Hoy en día, la extrusión de plásticos sigue siendo un proceso eficaz de fabricación de grandes volúmenes de productos plásticos como conductos, tuberías y embellecedores.

¿Qué es la extrusión de plástico?

En esencia, la extrusión de plástico es un método de fabricación que permite obtener productos consistentes con secciones transversales uniformes. Las extrusoras de plástico pueden dar diversas formas abiertas y cerradas. La forma más común es un simple anillo o perfil cuadrado utilizado en aplicaciones de tubos y tuberías, normalmente diseñado para cumplir normas industriales específicas para que el tubo sea compatible con accesorios y otros componentes.

Mediante calor y presión, los materiales termoplásticos se transforman en formas específicas, todo ello posible gracias a un sistema de componentes minuciosamente diseñados:

  • Tolva: la tolva, que actúa como punto de partida, contiene granulados de plástico y los prepara para su posterior procesamiento.
  • Garganta de alimentación: este componente canaliza eficazmente el plástico desde la tolva, dirigiéndolo al barril calentado a la espera de una acción posterior.
  • Barril: en el interior del barril caliente, el plástico se acerca a su punto de fusión. Aquí, un tornillo giratorio impulsa el material ablandado hacia el tubo de alimentación.
  • Plato rompedor: el plato rompedor filtra estratégicamente los materiales del barril. Además de su función de filtrado, es esencial para mantener la presión necesaria dentro del sistema.
  • Matriz: la matriz es el componente que define el proceso. El plástico fundido adopta la forma de la matriz y se transforma en el perfil deseado.
  • Tubo de alimentación: este elemento cumple una función fundamental, ya que sirve de vía para el plástico casi licuado que sale del barril.
  • Tanque de refrigeración: esta fase final es crucial. El plástico recién moldeado se somete a un rápido sistema de enfriamiento, solidificándose y conservando su nueva forma.
Explicación del proceso continuo de extrusión de plásticos
Explicación del proceso continuo de extrusión de plásticos

¿Cómo funciona la extrusión de plásticos?

El proceso de extrusión de plásticos funciona de la siguiente manera:

  1. Preparación del material: el plástico en bruto, principalmente en gránulos o pellets, prepara el terreno para el proceso de extrusión de plástico. Normalmente contenido en una tolva, este plástico se introduce en la extrusora de plástico a través de una entrada. Cuando estos gránulos entran en contacto con el husillo interior, comienza su transformación, convirtiéndose gradualmente en material fundido.
  2. Fusión y transporte: en el interior de la extrusora, compuesta por una cámara calentada y un husillo en constante rotación, el plástico sufre importantes alteraciones. Este husillo giratorio, aunque controlado con precisión, puede alcanzar velocidades de hasta 120 rpm. Su rotación transporta las perlas de plástico y las somete al calor de la cámara. En consecuencia, la mezcla de este calor y la fricción de la acción del husillo licúan el plástico, con temperaturas que suelen oscilar entre 200 y 275 °C. A continuación, el plástico fundido pasa por un sistema de filtrado, que expulsa las impurezas, soportado por una placa rompedora que se mantiene firme incluso bajo presiones que superan los 34 MPa.
  3. Proceso de extrusión: tras la fusión y mezcla rigurosas, el plástico fundido se abre paso a través de una matriz o molde a medida situado en el extremo de la extrusora. Este paso fundamental confiere al plástico la forma deseada, finalizando sus dimensiones.
  4. Enfriamiento y dimensionado: al salir de la matriz, el plástico se encuentra en un tanque de refrigeración. Aquí intervienen sistemas de aire o agua que extraen el calor y solidifican el plástico en su nueva forma. Para garantizar la perfección de su forma, puede intervenir un equipo de calibrado, que confirma el cumplimiento de unas dimensiones específicas.
  5. Arrastre y corte: los rodillos o mecanismos equivalentes «arrastran» o tiran del plástico transformado, garantizando su movimiento sin obstáculos al ritmo y tensión correctos durante todo el proceso. A continuación, el perfil extruido se segmenta en longitudes precisas, tarea que realizan las herramientas de corte o sierras.
  6. Tratamiento posterior: más allá de las etapas principales, algunos productos extruidos exigen una atención adicional. Estas mejoras pueden incluir tratamientos superficiales o la fusión de componentes adicionales con la forma extruida.
  7. Inspección y control de calidad: en esta fase, los perfiles de plástico extruidos se someten a un examen minucioso. Aquí se examina minuciosamente cualquier anomalía, desviación en las dimensiones u otros parámetros de calidad.
Máquina extrusora para la extrusión de material plástico
Máquina extrusora para la extrusión de material plástico

Materiales para la extrusión de plásticos

La elección del material depende fundamentalmente de las propiedades deseadas para el producto final, ya sea la resistencia, la tonalidad, la elasticidad u otras. Los materiales más utilizados son los siguientes:

Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS)

La formación del ABS implica técnicas de polimerización que lo llenan de dureza, superando al poliestireno. Su mezcla única le confiere un brillo impermeable que garantiza su resistencia a la temperatura. Por su durabilidad y atractivo estético, el ABS es universal en electrónica de consumo y componentes de automoción.

Polietileno (PE)

El polietileno, un termoplástico muy apreciado, ofrece flexibilidad y una notable resistencia química. Se utiliza sobre todo en la fabricación de envases, tuberías y películas de embalaje, y ofrece una impresionante combinación de adaptabilidad cromática, resistencia y durabilidad en climas fríos.

Polipropileno (PP)

El polipropileno, muy apreciado por su resistencia química, tiene múltiples aplicaciones, desde componentes de automoción hasta envases. Presume de un equilibrio equilibrado entre la versatilidad del color, la resistencia al impacto y el rendimiento a temperaturas reducidas.

Policloruro de vinilo (PVC)

El PVC destaca por su amplia gama de aplicaciones y su rentabilidad. Mientras que el PVC flexible destaca por su adaptabilidad y resistencia a la intemperie, su homólogo rígido sobresale en estabilidad y resistencia a los impactos, lo que lo convierte en un excelente sustituto de materiales tradicionales como la madera y el metal en productos como ventanas o unidades de refrigeración.

Poliestireno (PS)

Conocido por su rigidez y ligereza, el poliestireno sigue siendo la opción preferida para el aislamiento, los envases básicos y la vajilla desechable.

Poliamida (PA o Nylon)

El Nylon, un termoplástico robusto, es valorado por sus propiedades mecánicas. Xometry ha destacado a menudo sus extensas aplicaciones, desde textiles hasta complejos componentes de automoción.

Policarbonato (PC)

La transparencia y la resistencia al impacto del policarbonato lo convierten en el material preferido de las industrias que valoran la claridad óptica. Además de su durabilidad y flexibilidad cromática, se adapta bien a distintas temperaturas, por lo que está presente en sectores como la automoción y la electrónica.

Tereftalato de polietileno (PET)

Principalmente visto en el sector de la alimentación y las bebidas, la principal aplicación del PET gira en torno al envasado. Sin embargo, su versatilidad no acaba ahí, sino que se extiende a los textiles y a ciertas facetas de la ingeniería.

Polímero para tuberías
Polímero para tuberías

Tabla comparativa

Nombre del materialEstabilidad térmicaResistencia químicaResistencia UVRigidezCoste
ABSJustoPobrePobreAltoMedio
PVCPobrePobrePobreVaríaMedio
Polietileno de baja densidad (LDPE)PobreBuenoPobrePobreBajo
Polietileno de alta densidad (HDPE)JustoExcelenteJustoAltoBajo
PETPobreBuenoBuenoMedioMedio
PE UHMWPobreBuenoPobreMedioBajo
Polipropileno (PP)ExcelenteExcelentePobreAlto
Nylon (PA)ExcelenteExcelenteJustoAltoAlto
Policarbonato (PC)ExcelenteJustoExcelenteAltoAlto

Tipos de procesos de extrusión de plásticos

Extrusión de tubos

Proceso de extrusión de tubos
Proceso de extrusión de tubos (Fuente: researchgate.net)

La extrusión de tubos se dedica a la formación de tubos o elementos huecos alargados. Sin embargo, la técnica se mantiene constante hasta la matriz. En esta fase crítica, se garantiza un proceso fluido mediante la aplicación estratégica de presión positiva interna, con lo que se superan las demandas de energía típicas de los elementos huecos.

Extrusión de película soplada

Proceso de extrusión de película soplada
Proceso de extrusión de película soplada (Fuente: europlas.com.vn)

La extrusión de película soplada es fundamental para producir artículos como bolsas de la compra y determinados materiales de envasado. Mientras que las etapas iniciales reflejan los patrones típicos de extrusión, la diferenciación surge en la matriz.

El material extruido forma un tubo que se infla con aire para crear una burbuja. Esta burbuja se estira y se enfría cuidadosamente, dando lugar a una película de plástico continua y fina. A continuación, la película se desplaza entre rodillos que aplican una presión controlada para garantizar un espesor uniforme y facilitar el proceso de enfriamiento. Esta técnica se limita a láminas de plástico delgadas, lo que implica que las láminas más gruesas exigen procesos alternativos.

Extrusión de láminas

Proceso de extrusión de láminas
Proceso de extrusión de láminas (Fuente: shop71003.sosoutremer.org)

A menudo considerado como un proceso hermano de la extrusión de láminas por soplado, la extrusión de láminas se centra en piezas que superan el espesor apto para el soplado. Este proceso es idóneo para láminas de plástico planas con una amplia gama de aplicaciones.

La materia prima, en forma de granulado, se funde y se hace pasar por una matriz plana en forma de hendidura. El plástico extruido adopta la forma de una lámina continua que se enfría y solidifica. El proceso de enfriamiento suele implicar el paso de la lámina por una serie de rodillos de enfriamiento. Al salir de la matriz, el material se somete a un minucioso proceso de estirado y laminado.

Esta acción proporciona la forma deseada y facilita el enfriamiento, dando lugar a una solidificación permanente. La lámina de plástico resultante puede seguir procesándose o cortarse en diversas formas para aplicaciones como envases, señalización y materiales de construcción.

Ventajas de la extrusión de plásticos

  • Rentabilidad: La extrusión de plásticos destaca sobre todo por su rentabilidad. Cuando se compara con otras técnicas de fabricación, especialmente el moldeo por inyección, la extrusión muestra una clara ventaja económica. La sencillez del proceso de extrusión, sin necesidad de herramientas complejas, se traduce en una reducción tangible de los costes. Además, la capacidad de las máquinas de extrusión para funcionar ininterrumpidamente garantiza una producción constante.
  • Flexibilidad: La versatilidad que ofrece la extrusión es realmente incomparable. El proceso puede moldear sin problemas el plástico en diversas formas y perfiles siempre que se mantenga una sección transversal uniforme. Esto significa que con este método se puede fabricar eficazmente una amplia gama de productos, desde formas complejas hasta láminas y tubos estándar. Esta libertad permite a las industrias innovar y personalizar según la evolución de la demanda del mercado.
  • Alto ritmo de producción: La ausencia de interrupciones en el funcionamiento de la máquina garantiza un flujo constante de productos, lo que satisface eficazmente la demanda de grandes volúmenes. Este modelo de producción continua ayuda a las empresas a mantener una cadena de suministro coherente que satisface las necesidades inmediatas y futuras del mercado.
  • Conservación del material: La maleabilidad del plástico caliente antes del enfriamiento es una ventaja fundamental. Esta propiedad intrínseca permite operaciones adicionales de moldeado y redimensionado, garantizando una utilización óptima del material y un desperdicio mínimo. Este enfoque aumenta la eficiencia de la producción y está en consonancia con la sostenibilidad y la conservación de los recursos.
Taller con extrusoras para fabricar tubos de polipropileno
Taller con extrusoras para fabricar tubos de polipropileno

Limitaciones de la extrusión de plásticos

Aunque la extrusión de plásticos presenta numerosas ventajas, es esencial tener en cuenta las siguientes limitaciones:

  • Restricciones de diseño: Un inconveniente importante de la extrusión de plásticos es la imprevisible expansión posterior a la extrusión, conocida comúnmente como «hinchamiento de la matriz». En ocasiones, esta expansión impredecible puede comprometer la precisión del producto final, lo que exige nuevas rectificaciones y ajustes.
  • Limitaciones del material: Aunque la extrusión de plásticos permite el uso de materiales reciclados, esta opción no está exenta de complicaciones. Los plásticos reciclados suelen traer impurezas y presentar atributos incoherentes. Estas irregularidades pueden afectar a la calidad general del producto final.
  • Costes de instalación: La puesta en marcha de una instalación de extrusión de plástico exige una importante inversión de capital. Los costes asociados a la adquisición de matrices, extrusoras y otros equipos esenciales, especialmente para aplicaciones especializadas, pueden ser elevados.
  • Acabado y tolerancias: Aunque la extrusión de plástico es versátil, la técnica impone ciertas restricciones a la gama de productos que se pueden fabricar. Es esencial investigar meticulosamente y posiblemente consultar a expertos para identificar el equipo de extrusión más adecuado adaptado a los requisitos específicos de su proyecto.

Aplicaciones de la extrusión de plásticos

Embalaje

La extrusión de plástico domina el sector de los envases, principalmente en forma de tubos y tuberías. Un ejemplo típico son los tubos de PVC. Estos tubos, moldeados mediante una matriz básica de perfil cilíndrico, son un testimonio del uso generalizado del proceso de extrusión en los envases.

Construcción

Los plásticos extruidos tienen una amplia aplicación en la construcción de marcos duraderos para puertas y ventanas. La larga duración y la resistencia inherente a la radiación UV hacen que materiales como el PVC sean la opción preferida. Más allá de los marcos, incluso las persianas y las cortinas incorporan con frecuencia componentes extruidos. Por ejemplo, el famoso aspecto de imitación de madera de muchas persianas se consigue a menudo con poliestireno extruido.

Automoción

El aislamiento de los cables de los vehículos depende en gran medida de la extrusión de plásticos, debido a su capacidad intrínseca de aislamiento eléctrico. La estabilidad térmica y la flexibilidad de los plásticos los hacen ideales para proteger los cables en tensión, garantizando un ajuste duradero y seguro. En el sector de la automoción, la durabilidad y fiabilidad de los revestimientos y aislamientos extruidos son primordiales.

Bienes de consumo

La gama de bienes de consumo que se benefician de la extrusión de plásticos es muy amplio. Pensemos en el ámbito de los equipos de limpieza: utensilios como bayetas y rasquetas, que la gente utiliza a diario, incorporan a menudo mangos fabricados con plásticos extruidos. Algunos incluso tienen un acabado de plástico engomado que mejora su eficacia limpiadora, lo que demuestra la versatilidad del proceso de extrusión.

Extrusora para la fabricación de tubos de polietileno
Extrusora para la fabricación de tubos de polietileno

Extrusión de plásticos frente al moldeo por inyección

La extrusión de plásticos y el moldeo por inyección son los principales métodos de la industria del plástico, y cada uno de ellos ofrece ventajas únicas.

La extrusión de plástico destaca en la producción de perfiles continuos con una sección transversal consistente. Los productos típicos son tubos, tuberías y láminas. Este método es el preferido por su sencillez, su capacidad de funcionamiento continuo y su rentabilidad, sobre todo para grandes volúmenes de producción.

Por el contrario, el moldeo por inyección inyecta plástico fundido en un molde, que se enfría y solidifica. Este proceso es ideal para producir artículos discretos, a menudo con detalles intrincados. Sus puntos fuertes son la precisión, el uso simultáneo de varios materiales y la producción de componentes repetibles de alta calidad.

Moldeo por inyecciónExtrusión de plástico
Rango de cantidades50 – 1.000.000>1
MuestraMás de 1 mesMás de dos semanas
Creación de prototipos
Producción de gran volumen
Funcional
Estética
Geometrías complejas
Piezas coloreadas

A la hora de elegir entre estos métodos, hay que tener en cuenta el volumen de producción, la complejidad de las piezas y el tipo de producto.

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Con sus múltiples ventajas, el proceso de extrusión está revolucionando el sector de la fabricación de plásticos. Consigue un equilibrio perfecto entre la viabilidad económica, la versatilidad del diseño, la eficiencia de la producción y las prácticas sostenibles, convirtiéndose en un activo para las industrias modernas.

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