Proceso de moldeo por inyección y soplado de plástico

El moldeo por inyección de plástico es una tecnología integrada de producción de productos huecos que combina el moldeo por inyección y el moldeo por soplado. Gracias a sus ventajas de alta precisión, excelente sellado y bajo consumo energético, se ha convertido en el método de moldeo fundamental en sectores como el envasado de alta gama, como medicamentos, alimentos y cosméticos. Este proceso permite moldear, en una sola operación, partículas de plástico hasta obtener envases huecos terminados mediante un proceso continuo de preformas de moldeo por inyección y moldeo por soplado, solucionando eficazmente los problemas de precisión insuficiente y exceso de rebabas de los procesos tradicionales de moldeo por soplado. Con el avance de la tecnología de materiales y los equipos inteligentes, la tecnología de moldeo por inyección está evolucionando hacia una mayor eficiencia, precisión y respeto al medio ambiente, lo que facilita la producción a gran escala de productos huecos de alta gama.

1、 Principios básicos y ventajas tecnológicas del proceso de inyección-soplado

El principio fundamental del proceso de moldeo por inyección de plástico es el método de moldeo en dos etapas: moldeo por inyección de preformas + moldeo por soplado. Este método permite realizar el moldeo por inyección de preformas y el moldeo por soplado hueco en el mismo equipo, evitando la contaminación secundaria y la pérdida de precisión en el transporte de las preformas, como ocurre en el proceso tradicional de moldeo por soplado. La esencia de este proceso reside en aprovechar la plasticidad del plástico fundido, formando primero un tocho tubular con una forma y un espesor de pared determinados mediante moldeo por inyección, y luego, mediante aire comprimido, expandiendo y moldeando el tocho termoplástico en el molde, obteniendo finalmente un producto hueco que se ajusta a la cavidad del molde.

La etapa central del flujo del proceso

El proceso completo de la tecnología de moldeo por inyección se divide en tres etapas clave: la etapa de moldeo por inyección es la base. En el molde de inyección, las partículas de plástico se calientan y funden mediante el cilindro de material, y luego se inyectan en la cavidad del molde a alta presión mediante el tornillo, formando una pieza tubular (preforma) con un extremo cerrado y el otro abierto. El espesor de la pared y la precisión dimensional del molde afectan directamente la calidad del producto final. Esta etapa requiere un control preciso de la presión de moldeo por inyección (generalmente de 50 a 100 MPa) y la temperatura (ajustada según el material, como el PP a 180-220 °C); y la etapa de moldeo por soplado es clave para el moldeado. La preforma gira o se desplaza con el molde hasta la estación de moldeo por soplado. Una vez cerrado el molde de moldeo por soplado, se introduce aire comprimido a alta presión (de 0,5 a 3 MPa) por el extremo abierto de la preforma para expandirla radialmente y adherirla firmemente a la pared interna del molde. Al mismo tiempo, el sistema de enfriamiento del molde se enfría rápidamente para solidificar y dar forma al producto. La presión de moldeo por soplado y el tiempo de retención deben ajustarse al tamaño del producto, y los envases grandes requieren mayor presión y mayor tiempo de retención. La etapa final es el desmoldeo y la recuperación. Tras abrir el molde de soplado, el producto terminado se extrae del molde mediante el mecanismo de expulsión, completando así el ciclo de producción. Para productos con roscas o estructuras complejas, se debe diseñar un mecanismo de desmoldeo específico para evitar la deformación.

Ventajas tecnológicas frente a la artesanía tradicional

En comparación con los procesos tradicionales, como el moldeo por extrusión-soplado y el moldeo por inyección-soplado (método de dos pasos), el moldeo por inyección presenta ventajas significativas: su característica más destacada es su alta precisión de moldeo. El moldeo por inyección y el moldeo por soplado de la preforma se completan en el mismo equipo, sin necesidad de transporte secundario. El error de tamaño se puede controlar en ± 0,1 mm, especialmente para productos con bocas de botella roscadas. La precisión de la rosca puede alcanzar el nivel 6 en GB/T 197, lo que garantiza el sellado; la calidad del producto es estable y la uniformidad del espesor de la pared de la palanquilla es buena (desviación ≤ 5%). Tras el moldeo por soplado, el producto no presenta rebabas ni líneas de molde evidentes, y la suavidad de la superficie es alta (Ra ≤ 0,05 μm), sin necesidad de un tratamiento de recorte posterior; y la alta eficiencia de producción, utilizando equipos rotativos multiestación, permite lograr una producción continua. El ciclo de producción de la cavidad monomodo es de 10 a 30 segundos, y la capacidad de producción de los equipos de cavidad multimodo (como 8 cavidades y 12 cavidades) puede alcanzar miles de piezas por hora; Alta tasa de utilización del material, sin generar desperdicios, con una tasa de utilización del material de más del 95%, más alta que el moldeo por extrusión y soplado (aproximadamente 85%); Excelente rendimiento de sellado, boca de botella de una pieza sin costura, junto con un diseño de rosca preciso, puede lograr una alta hermeticidad y cumplir con los requisitos antifugas del envasado de líquidos.

2、 Equipos centrales y sistemas críticos

La implementación del proceso de moldeo por inyección de plástico se basa en máquinas de moldeo por inyección especializadas y sistemas de soporte. El rendimiento del equipo determina directamente la estabilidad del proceso y la calidad de los productos. El equipo principal consta de un sistema de moldeo por inyección, un sistema de moldeo por soplado, un sistema de sujeción del molde, un sistema de indexación y un sistema de control.

Composición estructural de la máquina de moldeo por inyección

El sistema de moldeo por inyección es el núcleo del conformado de la preforma e incluye una tolva, un tornillo, un cilindro y una boquilla. La tolva almacena las partículas de plástico secas y las suministra con precisión mediante un dispositivo de medición. El tornillo adopta un diseño de relación de compresión gradual (3-5:1) para garantizar la fusión y plastificación completa del plástico, y la velocidad se puede ajustar (50-150 r/min) para controlar la calidad de la plastificación. El cilindro de material se calienta en secciones (generalmente de 3 a 5 secciones), y la temperatura aumenta gradualmente desde la sección de alimentación hasta la boquilla para adaptarse al proceso de fusión del plástico. La boquilla está estrechamente conectada al canal de flujo principal del molde para evitar fugas de material fundido, y la abertura de la boquilla está diseñada según el tamaño del tocho (generalmente de 3 a 8 mm).

El sistema de moldeo por soplado se encarga de dar forma al producto y consta de moldes de moldeo por soplado, sistemas de control de presión de aire y sistemas de refrigeración. Los moldes de moldeo por soplado están fabricados con materiales de aleación de alta resistencia (como acero para moldes 718H) y la cavidad del molde está pulida a espejo para garantizar una superficie lisa del producto. Para productos con formas irregulares, es necesario diseñar ranuras de escape para evitar burbujas de aire. El sistema de control de presión de aire ajusta la presión de moldeo por soplado y el tiempo de retención mediante válvulas de precisión, y requiere una alta estabilidad de presión (fluctuación ≤ ± 0,05 MPa). El sistema de refrigeración enfría rápidamente el molde mediante el canal de agua circulante, que representa entre el 40 % y el 60 % del ciclo de moldeo. El canal de agua se encuentra a una distancia de 15 a 25 mm de la superficie de la cavidad del molde para garantizar un enfriamiento uniforme.

El sistema de sujeción y desplazamiento permite cambiar de estación de trabajo y proporciona una fuerza de bloqueo (normalmente de 50 a 300 kN, según el tamaño del producto) para evitar la expansión del molde durante el moldeo por inyección y el moldeo por soplado. El sistema de transposición (rotativo o lineal) transfiere la palanquilla desde la estación de moldeo por inyección a la de moldeo por soplado. La precisión de transposición rotatoria alcanza ± 0,05 mm, lo que garantiza un acoplamiento preciso entre la palanquilla y el molde de soplado. El tiempo de transposición se puede controlar en 1-2 segundos, lo que reduce el efecto de enfriamiento de la palanquilla.

El sistema de control utiliza un PLC (controlador lógico programable) combinado con una pantalla táctil para la configuración digital de parámetros y la monitorización en tiempo real. Puede almacenar múltiples conjuntos de parámetros de proceso (para diferentes productos) y admite diagnóstico remoto y rastreo de datos. Los equipos de alta gama también están equipados con un sistema de inspección visual para detectar defectos de producto en línea y eliminar automáticamente los productos no conformes.

3、 Requisitos para las características de la materia prima y adaptación del proceso

El proceso de moldeo por inyección presenta requisitos específicos en cuanto al rendimiento de fusión, la resistencia de la fusión y las características de enfriamiento y conformación de las materias primas. No todos los plásticos son aptos para este proceso, y la selección del material debe evaluarse exhaustivamente en función de los requisitos de rendimiento del producto y las características del proceso.

Materiales y características aplicables principales

El polipropileno (PP) es el material más utilizado en el proceso de moldeo por inyección, representando más del 60% del total de productos moldeados por inyección. El PP presenta una excelente fluidez y una resistencia moderada a la fusión, buena conformabilidad de las piezas moldeadas por inyección, una expansión uniforme durante el moldeo por soplado, una rápida velocidad de enfriamiento y un ciclo de moldeo corto (10-20 segundos). El PP de grado alimenticio cumple con las normas FDA y GB 4806.7, es atóxico e inodoro, apto para envases de alimentos (como condimentos y miel) y farmacéuticos (como medicamentos orales). Su resistencia química y térmica (temperatura de uso continuo de 100 °C) también lo hace adecuado para productos químicos de uso diario, como detergentes.

El polietileno (PE) se divide en HDPE y LDPE. El HDPE, gracias a su alta cristalinidad y buena rigidez, es adecuado para la fabricación de envases de gran capacidad por inyección y soplado (como botellas para productos químicos de 5 a 20 L) y presenta buena resistencia al impacto y a la corrosión química. El LDPE presenta buena flexibilidad y alta resistencia a la fusión, lo que lo hace adecuado para productos de paredes delgadas y de pequeña capacidad (como botellas para muestras de cosméticos), pero su velocidad de enfriamiento es más lenta y su ciclo de moldeo es ligeramente más largo que el del PP.

El poli(tereftalato de etileno) (PET) es adecuado para envases transparentes de alta gama. La transmitancia de luz de los productos de PET soplados por inyección es superior al 90%, con un alto brillo superficial, excelente resistencia mecánica y buena resistencia química. Se utiliza ampliamente en botellas para cosméticos (como botellas de esencias) y productos para el cuidado de la salud. Sin embargo, el PET tiene una fuerte absorción de humedad y requiere un secado riguroso (contenido de humedad ≤ 0,005%) antes de su procesamiento. La temperatura de moldeo por inyección puede alcanzar los 270-290 °C, lo que requiere un control de temperatura del equipo muy preciso.

El policarbonato (PC) se utiliza para fabricar recipientes transparentes de alta resistencia (como biberones para equipos médicos y biberones) gracias a su buena transparencia y alta resistencia al impacto. Los productos de PC moldeados por inyección pueden utilizarse continuamente a temperaturas de hasta 120 °C, pero su coste es elevado y es necesario añadir antioxidantes durante el proceso para evitar la degradación a altas temperaturas.

Otros materiales especiales, como la poliamida (PA), son adecuados para contenedores resistentes al aceite, mientras que el poliestireno (PS) se utiliza para frascos de muestreo médicos desechables. Estos materiales requieren que los parámetros del proceso se ajusten según sus características; por ejemplo, la PA requiere temperaturas de moldeo por inyección más altas (230-260 °C) y tiempos de enfriamiento más largos.

Requisitos para los indicadores clave de rendimiento de los materiales

El proceso de moldeo por inyección tiene requisitos estrictos para la tasa de fluidez del material (MFR), que generalmente se controla entre 5 y 25 g/10 min (190 °C/2,16 kg). Si la MFR es demasiado alta, la palanquilla perderá resistencia y se romperá fácilmente durante el moldeo por soplado. Si es demasiado baja, la fluidez del material fundido será deficiente y las piezas moldeadas por inyección serán propensas a la escasez de material o a las marcas de soldadura. La resistencia del material fundido es un indicador clave en la etapa de moldeo por soplado y se refiere a la capacidad del material fundido para resistir el estiramiento y la expansión. Una resistencia insuficiente puede provocar estrangulamiento o agrietamiento del material fundido durante el moldeo por soplado. La resistencia del material fundido del PP y el PE es moderada y adecuada para el moldeo por inyección. Sin embargo, el PVC fundido tiene baja resistencia y debe modificarse antes de poder utilizarse en procesos de moldeo por inyección. La velocidad de enfriamiento y conformación afecta la eficiencia de la producción. Los plásticos cristalinos (PP, PE) tienen una velocidad de enfriamiento rápida y un ciclo de moldeo corto. La velocidad de enfriamiento de los plásticos amorfos (PC, PET) es lenta y es necesario optimizar el diseño del sistema de enfriamiento.

4、 Control de parámetros del proceso y optimización de la calidad

La clave del control de calidad en el proceso de moldeo por inyección reside en regular con precisión los parámetros clave, reducir los defectos del producto y garantizar la precisión dimensional y la estabilidad del rendimiento. La configuración de los parámetros debe ajustarse dinámicamente según el tamaño del producto, las características del material y la estructura del molde.

Principios para regular los parámetros clave del proceso

Los parámetros de inyección afectan directamente la calidad del tocho: la temperatura de inyección debe ajustarse según el punto de fusión del material. La temperatura del barril de PP suele ser de 180-200 ℃ en la sección frontal, 200-220 ℃ en la sección central y 210-230 ℃ en la boquilla. Si la temperatura es demasiado alta, el material se degradará (por ejemplo, el PET se volverá amarillo), y si la temperatura es demasiado baja, la plastificación será desigual y el tocho tendrá puntos fríos. La presión de inyección debe coincidir con la complejidad de la preforma, con una presión de 80-100 MPa para preformas pequeñas de precisión (como botellas farmacéuticas) y 50-70 MPa para preformas grandes y rugosas (como botellas químicas). La presión de mantenimiento debe ser del 60% al 80% de la presión de inyección para garantizar que la preforma sea densa y sin burbujas. La velocidad de inyección se controla en secciones, con una velocidad inicial lenta para evitar salpicaduras de material fundido, una sección intermedia que llena rápidamente la cavidad del molde y una sección final que mantiene la presión lentamente para reducir la tensión interna.

Los parámetros del moldeo por soplado determinan la calidad del producto: la presión de moldeo por soplado debe ajustarse según el volumen del producto y el espesor de la pared. Para productos de pared delgada de pequeña capacidad (como botellas de cosméticos de 100 ml), la presión es de 1,5-2,5 MPa, y para productos de pared gruesa de gran capacidad (como botellas de productos químicos de 5 L), la presión es de 2,5-3,5 MPa. Una presión insuficiente puede provocar escasez de material o depresión de la superficie del producto, mientras que una presión excesiva puede causar rebabas fácilmente; El tiempo de moldeo por soplado incluye el tiempo de inflado y el tiempo de retención. El tiempo de inflado debe garantizar que la palanquilla esté completamente adherida al molde (generalmente 0,5-2 segundos), y el tiempo de retención debe ser suficiente para enfriar y dar forma al producto (generalmente 2-5 segundos). Un tiempo de retención insuficiente puede causar contracción y deformación del producto; El tiempo de retardo del moldeo por soplado (desde la transferencia de la preforma a la estación de moldeo por soplado hasta el inicio del inflado) debe minimizarse al máximo para evitar que la preforma se enfríe y se endurezca demasiado al inflarla. Generalmente, se controla en un plazo de 1 a 3 segundos.

Los parámetros de enfriamiento afectan la eficiencia de la producción y la precisión dimensional: la temperatura del molde debe ajustarse según las características de cristalización del material, con una temperatura del molde de PP de 40-60 ℃ (para promover la cristalización) y una temperatura del molde de PET de 10-30 ℃ (para mantener la transparencia mediante un enfriamiento rápido); el volumen de agua de enfriamiento debe ser uniforme, asegurando que la diferencia de temperatura entre las distintas partes de la cavidad del molde sea ≤ 5 ℃. El tiempo de enfriamiento representa entre el 50 % y el 70 % del ciclo de moldeo. Este tiempo se puede acortar aumentando el número de canales de agua de enfriamiento o reduciendo la temperatura del agua (generalmente entre 15 y 25 ℃), pero es necesario evitar una tensión interna excesiva causada por un enfriamiento rápido en el producto.

Defectos de calidad comunes y soluciones

Los defectos comunes en la producción se pueden resolver mediante el ajuste de parámetros y la optimización del molde: la rotura de la palanquilla a menudo es causada por una temperatura de inyección baja o una velocidad de inyección demasiado rápida, lo que requiere un aumento en la temperatura del barril o una disminución en la velocidad de inyección; el espesor desigual de la pared del producto se debe al espesor desigual de la pared de la preforma o la distribución desigual de la presión de moldeo por soplado, y es necesario ajustar los parámetros de retención de presión de moldeo por inyección u optimizar la ranura de escape del molde; la deformación de la boca de la botella generalmente es causada por un enfriamiento insuficiente de la boca de la botella durante el moldeo por inyección, y es necesario aumentar el circuito de agua de enfriamiento de la boca de la botella o reducir la temperatura de moldeo por inyección en el área correspondiente; los rayones en la superficie del producto pueden ser causados ​​por impurezas en la cavidad del molde o desgaste del mecanismo de desmoldeo, lo que requiere una limpieza regular del molde o el reemplazo de los componentes de desmoldeo; las burbujas o los poros pueden verse afectados por un secado insuficiente de las materias primas o por la acumulación de aire durante el moldeo por inyección. Es necesario fortalecer el secado de las materias primas (como la temperatura de secado de PET de 120 ℃ durante 4 horas) o reducir la velocidad del tornillo para reducir la retención de aire.

5. Campos de aplicación y tendencias de desarrollo tecnológico

El proceso de inyección-soplado, con sus ventajas de alta precisión y alto sellado, ocupa un lugar insustituible en el sector de los envases de alta gama y productos huecos especiales. Con la creciente demanda del mercado y la innovación tecnológica, su ámbito de aplicación y el rendimiento del proceso siguen expandiéndose.

Principales áreas de aplicación y productos típicos

El sector del envasado farmacéutico es el mercado principal de la tecnología de moldeo por inyección. Los frascos médicos tienen estrictos requisitos de sellado, limpieza y precisión dimensional. Los frascos para medicamentos orales sólidos moldeados por inyección (como los frascos para cápsulas y comprimidos) presentan una alta precisión de rosca en la boca y se pueden sellar contra la humedad con tapones de caucho butílico. El frasco para gotas oftálmicas se forma en una sola pasada mediante tecnología de inyección-soplado, sin costuras en la boca para evitar la contaminación del medicamento. Los frascos para vacunas y reactivos se fabrican en PP o PC de grado médico, y el proceso de inyección y soplado garantiza que el cuerpo del frasco esté libre de burbujas e impurezas, cumpliendo con los requisitos de esterilidad.

En el sector del envasado de alimentos, se prioriza la seguridad y la frescura. Las botellas para condimentos fabricadas mediante soplado por inyección (como las de salsa y vinagre) están hechas de PP de grado alimenticio, con un buen sellado en la boca para evitar fugas de líquido. Las botellas para miel y mermelada son transparentes y tienen paredes interiores lisas mediante moldeo por inyección, lo que facilita el vertido y la limpieza del contenido. Los biberones para bebés y niños pequeños están hechos de PET o PP sin BPA, moldeados por inyección para garantizar que el cuerpo de la botella sea inodoro y cumpla con las normas de seguridad alimentaria.

En el campo de los cosméticos y productos químicos de uso diario, se busca la apariencia, la textura y la precisión. Las botellas de esencia y las botellas de loción producidas por inyección y soplado están hechas de PET transparente o acrílico, y la superficie puede lograr una alta suavidad, que se puede mejorar con un proceso de galvanoplastia o serigrafía; Las botellas de champú y gel de ducha están hechas de HDPE resistente a los productos químicos, y las roscas de la boca de la botella moldeadas por inyección se combinan con precisión con el cabezal de la bomba para evitar fugas; Las botellas de muestra de viaje se producen en masa a través de equipos de inyección y soplado de múltiples cavidades, con alta consistencia dimensional y fácil empaque y montaje.

Los sectores industrial y químico se centran en la resistencia a la corrosión y la robustez. Las botellas para reactivos químicos fabricadas mediante soplado por inyección están hechas de HDPE o PP, resistentes a la corrosión ácida y alcalina, y su sellado de rosca en la boca de la botella es fiable. Las botellas de aceite lubricante y tinta logran una buena rigidez y resistencia al impacto gracias a la tecnología de soplado por inyección, lo que previene daños durante el transporte. El pequeño tanque de almacenamiento de líquidos está hecho de PP reforzado, que soporta cierta presión interna tras el moldeo por inyección y es adecuado para el almacenamiento de líquidos industriales.

Tendencias de desarrollo tecnológico y direcciones de innovación

La actualización inteligente es una importante línea de desarrollo para la tecnología de moldeo por inyección. El equipo integra un sistema de inspección visual con IA, que puede identificar defectos del producto (como arañazos, deformaciones y puntos negros) en tiempo real mediante cámaras de alta velocidad, con una precisión superior al 99,5 %. El sistema de control adaptativo puede ajustar automáticamente los parámetros del proceso en función de las fluctuaciones de las materias primas y los cambios ambientales, como la detección de la temperatura de la palanquilla mediante sensores, la optimización dinámica de la presión de moldeo por soplado y la reducción de la intervención manual. La tecnología de Internet Industrial permite la conexión en red de datos multidispositivo, la monitorización remota de la eficiencia de la producción, el consumo energético y la tasa de desperdicio, y la mejora de la precisión de la gestión.

La producción ecológica se ha convertido en un consenso en la industria, y la tecnología de moldeo por inyección está promoviendo el uso de materiales reciclados. El PP y el PE reciclados, obtenidos mediante reciclaje físico, pueden utilizarse para productos que no entran en contacto con alimentos (como botellas industriales), mientras que el PET reciclado químicamente tiene propiedades similares a las materias primas y se ha utilizado en la producción de botellas para cosméticos. Su diseño ligero reduce el consumo de material y garantiza su resistencia mediante la optimización estructural (como el corrugado y el adelgazamiento de las botellas). Tras aligerar el peso de una botella de agua de 500 ml de una marca mediante tecnología de soplado por inyección, el peso de una sola botella se redujo en un 15 %, lo que supone un ahorro de más de 100 toneladas de materia prima al año. El equipo de ahorro energético incorpora tecnología de servomotor y bomba de calor, lo que reduce el consumo energético entre un 20 % y un 30 % en comparación con los equipos tradicionales.

La precisión y la integración multifuncional amplían las posibilidades de aplicación. La tecnología de microinyección y soplado permite producir microenvases con un volumen ≤ 10 ml (como frascos de muestra de perfume), con una tolerancia dimensional controlada dentro de ± 0,05 mm. El proceso de inyección y soplado bicolor permite obtener un cuerpo de botella compuesto de varios colores o materiales (como PP y PE), lo que mejora la apariencia y la funcionalidad. La tecnología integrada de etiquetado en molde y moldeo por soplado adhiere las etiquetas al cuerpo de la botella de forma sincronizada durante la etapa de moldeo por soplado, lo que reduce los pasos de procesamiento posteriores y mejora la eficiencia de la producción.

6. Comparación entre el proceso de moldeo por inyección y otros procesos de conformado de huecos.

El proceso de moldeo por inyección-soplado presenta ventajas en comparación con el moldeo por extrusión-soplado, el moldeo por estirado-soplado y otros procesos, y es adecuado para diferentes escenarios. Al elegir, es necesario considerar exhaustivamente los requisitos del producto, el volumen de producción y el costo.

Comparación con el proceso de moldeo por extrusión-soplado

El moldeo por extrusión-soplado utiliza una extrusora para extruir continuamente palanquillas tubulares, que posteriormente se moldean y se moldean por soplado. Es adecuado para producir productos huecos de gran tamaño (como tanques de almacenamiento de 50 L o más), pero la precisión dimensional de las palanquillas es baja y la línea de moldeo del producto es cerrada.