Proceso de moldeo por inyección-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, sellado hermético y bajo consumo energético, se ha convertido en el método de moldeo principal en sectores de envasado de alta gama como el farmacéutico, el alimentario y el cosmético. Este proceso permite el moldeo en una sola etapa, desde partículas de plástico hasta envases huecos terminados, mediante un proceso continuo de preformado por inyección y soplado, solucionando eficazmente los problemas de precisión insuficiente y rebabas excesivas presentes en 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 permite la producción a gran escala de productos huecos de alta gama.

1. Principios básicos y ventajas tecnológicas del proceso de soplado por inyección

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 proceso realiza la inyección de preformas y el soplado de piezas huecas de forma continua con el mismo equipo, evitando la contaminación secundaria y la pérdida de precisión que supone el transporte de preformas en el proceso de soplado tradicional. La esencia del proceso radica en aprovechar la plasticidad del plástico fundido para formar primero un tubo con una forma y un espesor de pared determinados mediante moldeo por inyección. A continuación, se utiliza la presión del aire comprimido para expandir y dar forma al tubo termoplástico dentro del 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 moldeo por inyección se divide en tres etapas clave: la etapa de inyección es fundamental. En el molde de inyección, las partículas de plástico se calientan y funden mediante un cilindro de material, y luego se inyectan en la cavidad del molde a alta presión mediante un tornillo, formando una pieza tubular (preforma) con un extremo cerrado y el otro abierto. El espesor de la pared y la precisión dimensional de la pieza moldeada influyen directamente en la calidad del producto final. Esta etapa requiere un control preciso de la presión de inyección (normalmente entre 50 y 100 MPa) y la temperatura (ajustada según el material, como PP a 180-220 °C). La etapa de soplado es clave para dar forma a la pieza. La preforma gira o se desplaza con el molde hasta la estación de soplado. Una vez cerrado el molde de soplado, se introduce aire comprimido a alta presión (entre 0,5 y 3 MPa) a través del extremo abierto de la preforma para expandirla radialmente y que se adhiera 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 y el tiempo de moldeo por soplado deben ajustarse al tamaño del producto; los envases grandes requieren mayor presión y un tiempo de moldeo más prolongado. La etapa de desmoldeo y extracción es la etapa final. Una vez abierto el molde de soplado, el producto terminado se extrae mediante el mecanismo eyector, completando así un ciclo de producción. Para productos con roscas o estructuras complejas, es necesario diseñar un mecanismo de desmoldeo específico para evitar deformaciones.

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: la más destacada es su alta precisión. El moldeo por inyección y el soplado de la preforma se realizan en el mismo equipo, sin necesidad de transporte secundario. El error dimensional se controla dentro de ± 0,1 mm, especialmente en productos con bocas roscadas. La precisión de la rosca alcanza el nivel 6 de la norma GB/T 197, garantizando el sellado. La calidad del producto es estable y la uniformidad del espesor de la pared de la preforma es óptima (desviación ≤ 5%). Tras el soplado, el producto no presenta rebabas ni líneas de molde visibles, y su superficie es muy lisa (Ra ≤ 0,05 μm), sin necesidad de un tratamiento de acabado posterior. La alta eficiencia de producción, gracias al uso de equipos rotativos multiestación, permite la 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 los de 8 y 12 cavidades) puede alcanzar miles de piezas por hora; Alta tasa de utilización del material, sin generación de residuos, con una tasa de utilización del material superior al 95%, mayor que la del moldeo por extrusión-soplado (alrededor del 85%); Excelente rendimiento de sellado, boca de botella de una sola pieza sin juntas, junto con un diseño de rosca preciso, puede lograr una alta hermeticidad y cumplir con los requisitos antifugas del envasado de líquidos.

2. Equipos principales y sistemas críticos

La implementación del proceso de moldeo por inyección de plástico depende de máquinas de moldeo por inyección especializadas y sistemas auxiliares. 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 fundamental para la formación de la preforma e incluye una tolva, un tornillo, un cilindro y una boquilla. La tolva almacena las partículas de plástico seco y las suministra con precisión mediante un dispositivo de medición. El tornillo cuenta con un diseño de relación de compresión gradual (de 3 a 5:1) para garantizar la fusión y plastificación completas del plástico, y su velocidad es ajustable (de 50 a 150 r/min) para controlar la calidad de la plastificación. El cilindro se calienta por secciones (generalmente de 3 a 5), ​​y la temperatura aumenta gradualmente desde la sección de alimentación hasta la boquilla para adaptarse al proceso de fusión del plástico. La boquilla está conectada directamente al canal de flujo principal del molde para evitar fugas de material fundido, y su abertura se diseña según el tamaño de la pieza (generalmente de 3 a 8 mm).

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

El sistema de sujeción y desplazamiento permite el cambio de estación de trabajo. El sistema de sujeción proporciona una fuerza de bloqueo (generalmente 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) traslada la pieza en bruto desde la estación de moldeo por inyección a la estación de moldeo por soplado. La precisión de la transposición rotativa alcanza ± 0,05 mm, lo que garantiza un acoplamiento preciso entre la pieza en bruto y el molde de soplado. El tiempo de transposición se puede controlar entre 1 y 2 segundos, lo que reduce el efecto de enfriamiento de la pieza en bruto.

El sistema de control emplea un PLC (Controlador Lógico Programable) con pantalla táctil para la configuración digital de parámetros y la monitorización en tiempo real. Permite almacenar múltiples conjuntos de parámetros de proceso (para diferentes productos), diagnóstico remoto y seguimiento de datos. Los equipos de alta gama también incorporan un sistema de inspección visual para detectar defectos del producto en línea y eliminar automáticamente los productos no conformes.

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

El proceso de moldeo por inyección tiene requisitos específicos en cuanto al comportamiento de fusión, la resistencia a la fusión y las características de enfriamiento y conformado de las materias primas. No todos los plásticos son adecuados 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 convencionales

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 posee una excelente fluidez en estado fundido y una resistencia moderada a la fusión, buena conformabilidad de las piezas moldeadas por inyección, expansión uniforme durante el moldeo por soplado, enfriamiento rápido y un ciclo de moldeo corto (10-20 segundos). El PP de grado alimentario cumple con las normas FDA y GB 4806.7, es atóxico e inodoro, y resulta adecuado para envases de alimentos (como frascos de condimentos y miel), envases farmacéuticos (como frascos de medicamentos orales). Su resistencia química y a la temperatura (temperatura de uso continuo de 100 °C) también lo hace idóneo para productos químicos de uso diario, como envases de detergente.

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

El poli(tereftalato de etileno) (PET) es ideal para envases transparentes de alta gama. Los productos de PET moldeados por inyección-soplado presentan una transmitancia de luz superior al 90%, con un alto brillo superficial, excelente resistencia mecánica y buena resistencia química. Se utiliza ampliamente en frascos de cosméticos (como frascos de esencias) y envases para productos de cuidado personal. Sin embargo, el PET absorbe mucha 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 exige un control de temperatura del equipo de alta precisión.

El policarbonato (PC) se utiliza para fabricar envases transparentes de alta resistencia (como frascos para equipos médicos y biberones) debido a su buena transparencia y gran resistencia a los impactos. Los productos de PC moldeados por inyección pueden utilizarse de forma continua a temperaturas de hasta 120 °C, pero su coste es elevado y es necesario añadir antioxidantes durante el proceso de fabricación para evitar la degradación por altas temperaturas.

Otros materiales especiales, como la poliamida (PA), son adecuados para envases resistentes al aceite, mientras que el poliestireno (PS) se utiliza para frascos desechables de muestras médicas. Estos materiales requieren el ajuste de los parámetros de proceso según sus características; por ejemplo, la PA requiere temperaturas de moldeo por inyección más elevadas (230-260 °C) y tiempos de enfriamiento más prolongados.

Requisitos para los indicadores clave de rendimiento de los materiales

El proceso de moldeo por inyección tiene requisitos estrictos para el índice de fluidez (MFR) del material, generalmente controlado entre 5 y 25 g/10 min (190 ℃/2,16 kg). Si el MFR es demasiado alto, la pieza tendrá una resistencia insuficiente y se romperá fácilmente durante el moldeo por soplado. Si el MFR es demasiado bajo, la fluidez del material fundido será deficiente y las piezas moldeadas por inyección serán propensas a la falta de material o a marcas de soldadura. La resistencia del material fundido es un indicador clave en la etapa de moldeo por soplado, y se refiere a su capacidad para resistir la deformación y la expansión. Una resistencia insuficiente puede provocar el estrechamiento o el agrietamiento de la pieza 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 tiene una baja resistencia y necesita ser modificado antes de poder utilizarse en procesos de moldeo por inyección. La velocidad de enfriamiento y conformado afecta la eficiencia de 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 exactitud dimensional y la estabilidad del rendimiento. La configuración de los parámetros debe ajustarse dinámicamente en función del tamaño del producto, las características del material y la estructura del molde.

Principios para la regulación de parámetros clave del proceso

Los parámetros de inyección afectan directamente la calidad de la pieza: la temperatura de inyección debe ajustarse según el punto de fusión del material. La temperatura del cilindro de PP suele ser de 180-200 °C en la sección frontal, 200-220 °C en la sección media y 210-230 °C en la boquilla. Si la temperatura es demasiado alta, el material se degradará (por ejemplo, el PET se torna amarillo), y si es demasiado baja, la plastificación será irregular y la pieza presentará puntos fríos. La presión de inyección debe ajustarse a la complejidad de la preforma, con una presión de 80-100 MPa para preformas pequeñas de precisión (como frascos farmacéuticos) y de 50-70 MPa para preformas grandes y rugosas (como frascos químicos). La presión de mantenimiento debe ser del 60 % al 80 % de la presión de inyección para garantizar que la preforma sea densa y libre de burbujas. La velocidad de inyección se controla por secciones: una velocidad inicial lenta para evitar salpicaduras del material fundido, una sección intermedia que llena rápidamente la cavidad del molde y una sección final que mantiene lentamente la presión para reducir la tensión interna.

Los parámetros del moldeo por soplado determinan la calidad del producto moldeado: La presión de soplado debe ajustarse según el volumen y el grosor de la pared del producto. Para productos pequeños de paredes delgadas (como frascos cosméticos de 100 ml), la presión es de 1,5 a 2,5 MPa, y para productos grandes de paredes gruesas (como botellas químicas de 5 L), la presión es de 2,5 a 3,5 MPa. Una presión insuficiente puede provocar falta de material o deformaciones en 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 mantenimiento. El tiempo de inflado debe asegurar que la pieza se adhiera completamente al molde (normalmente de 0,5 a 2 segundos), y el tiempo de mantenimiento debe ser suficiente para enfriar y dar forma al producto (normalmente de 2 a 5 segundos). Un tiempo de mantenimiento insuficiente puede causar contracción y deformación del producto. El tiempo de retardo para el moldeo por soplado (el tiempo transcurrido 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 como para inflarla. Normalmente se controla entre 1 y 3 segundos.

Los parámetros de enfriamiento influyen en la eficiencia de producción y la precisión dimensional: la temperatura del molde debe ajustarse según las características de cristalización del material, siendo la temperatura ideal para PP de 40-60 °C (para favorecer la cristalización) y para PET de 10-30 °C (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 °C. El tiempo de enfriamiento representa entre el 50 % y el 70 % del ciclo de moldeo. Este tiempo puede reducirse aumentando el número de canales de agua de enfriamiento o disminuyendo su temperatura (generalmente entre 15 y 25 °C), pero es fundamental evitar tensiones internas excesivas en el producto causadas por un enfriamiento rápido.

Defectos de calidad comunes y soluciones

Los defectos comunes en la producción se pueden solucionar mediante el ajuste de parámetros y la optimización del molde: la rotura de la pieza en bruto suele deberse a una temperatura de inyección baja o a una velocidad de inyección excesiva, lo que requiere aumentar la temperatura del cilindro o disminuir la velocidad de inyección; el espesor irregular de la pared del producto se debe al espesor irregular de la preforma o a una distribución irregular de la presión de moldeo por soplado, y es necesario ajustar los parámetros de retención de la presión de moldeo por inyección u optimizar la ranura de escape del molde; la deformación de la boca de la botella suele deberse a una refrigeración insuficiente durante el moldeo por inyección, y es necesario aumentar el circuito de refrigeración de la boca de la botella o reducir la temperatura de moldeo por inyección en la zona correspondiente; los arañazos en la superficie del producto pueden deberse a impurezas en la cavidad del molde o al desgaste del mecanismo de desmoldeo, lo que requiere una limpieza periódica del molde o la sustitución de los componentes de desmoldeo; las burbujas o los poros pueden deberse a un secado insuficiente de las materias primas o a la presencia de aire atrapado durante el moldeo por inyección. Es necesario intensificar el secado de las materias primas (como por ejemplo, secar el PET a una temperatura de 120 ℃ durante 4 horas) o reducir la velocidad del tornillo para disminuir la entrada de aire.

5. Campos de aplicación y tendencias de desarrollo tecnológico

El proceso de inyección-soplado, gracias a su alta precisión y excelente sellado, ocupa una posición insustituible en el sector del embalaje de alta gama y productos huecos especiales. Con la evolución de la demanda del mercado y la innovación tecnológica, su ámbito de aplicación y rendimiento del proceso siguen expandiéndose.

Principales áreas de aplicación y productos típicos

El sector del envasado farmacéutico es el mercado principal para la tecnología de moldeo por inyección. Los frascos médicos deben cumplir con estrictos requisitos de sellado, limpieza y precisión dimensional. Los frascos para medicamentos orales sólidos moldeados por inyección (como cápsulas y tabletas) presentan una alta precisión en el roscado de la boca y se sellan herméticamente con tapones de caucho butílico. Los frascos de gotas oftálmicas se forman en una sola etapa mediante la tecnología de inyección-soplado, sin juntas en la boca para evitar la contaminación del medicamento. Los frascos para vacunas y reactivos se fabrican con PP o PC de grado médico, y el proceso de inyección-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. Los frascos para condimentos, fabricados mediante inyección-soplado (como los de salsa y vinagre), están hechos de polipropileno (PP) apto para uso alimentario y cuentan con un cierre hermético en la boca para evitar fugas. Los frascos para miel y mermelada son transparentes y tienen paredes interiores lisas gracias a la tecnología de moldeo por inyección, lo que facilita el vertido y la limpieza. Los biberones para bebés y niños pequeños están fabricados con PET o PP libre de BPA y moldeados por inyección para garantizar que el envase sea inodoro y cumpla con las normas de seguridad alimentaria.

En el sector de la cosmética y los productos químicos de uso diario, se busca la perfección en la textura y la precisión. Los envases de esencias y lociones, fabricados mediante inyección y soplado, están hechos de PET o acrílico transparente, con una superficie de gran suavidad que puede mejorarse mediante galvanoplastia o serigrafía. Los envases de champú y gel de ducha están fabricados en HDPE resistente a productos químicos, y la rosca de la boca, moldeada por inyección, se ajusta con precisión al cabezal del dosificador para evitar fugas. Los frascos de muestra para viaje se producen en serie mediante equipos de inyección y soplado multicavidad, lo que garantiza una alta consistencia dimensional y facilita su embalaje y montaje.

Los sectores industrial y químico se centran en la resistencia a la corrosión y la robustez. Los frascos para reactivos químicos, fabricados mediante inyección-soplado, están hechos de HDPE o PP, materiales resistentes a la corrosión por ácidos y álcalis, y cuentan con un sellado hermético en la boca. Los frascos para aceite lubricante y tinta, también fabricados mediante inyección-soplado, logran una excelente rigidez y resistencia a los impactos, evitando daños durante el transporte. Los pequeños depósitos de almacenamiento de líquidos están fabricados en PP reforzado, capaz de soportar cierta presión interna tras el moldeo por inyección y resultan idóneos para el almacenamiento industrial de líquidos.

Tendencias del desarrollo tecnológico y direcciones de la innovación

La modernización inteligente es una importante línea de desarrollo para la tecnología de moldeo por inyección. El equipo integra un sistema de inspección visual con IA, capaz de 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 ajusta 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 pieza mediante sensores, la optimización dinámica de la presión de soplado y la reducción de la intervención manual. La tecnología de internet industrial permite la interconexión de datos entre múltiples dispositivos, la monitorización remota de la eficiencia de la producción, el consumo energético y la tasa de residuos, mejorando así la precisión de la gestión.

La producción sostenible se ha convertido en un consenso en la industria, y la tecnología de moldeo por inyección está impulsando el uso de materiales reciclados. El PP y el PE reciclados mediante reciclaje físico pueden utilizarse en productos que no entran en contacto con alimentos (como botellas industriales), mientras que el PET reciclado químicamente posee propiedades similares a las de las materias primas y se ha empleado en la fabricación de envases cosméticos. El diseño ligero reduce el consumo de material al tiempo que garantiza la resistencia mediante la optimización estructural (como la ondulación y el adelgazamiento de la botella). Tras aligerar una botella de agua de 500 ml de una marca mediante la tecnología de inyección-soplado, el peso de cada botella se redujo un 15%, lo que supone un ahorro de más de 100 toneladas de materias primas al año. Los equipos de bajo consumo energético incorporan servomotores y bombas de calor, lo que reduce el consumo de energía entre un 20% y un 30% en comparación con los equipos tradicionales.

La precisión y la integración multifuncional amplían el abanico de aplicaciones. La tecnología de microinyección y soplado permite producir microenvases con un volumen de ≤ 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 cuerpos de botella multicolores o compuestos de varios materiales (como PP y PE), mejorando su apariencia y funcionalidad. La tecnología integrada de etiquetado en molde y soplado adhiere simultáneamente las etiquetas al cuerpo de la botella durante la etapa de soplado, reduciendo los pasos de procesamiento posteriores y mejorando la eficiencia de producción.

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

El proceso de moldeo por inyección-soplado presenta ventajas propias frente al moldeo por extrusión-soplado, el moldeo por estiramiento-soplado y otros procesos, y resulta adecuado para diferentes aplicaciones. A la hora de elegirlo, es necesario considerar de forma integral los requisitos del producto, el volumen de producción y el coste.

Comparación con el proceso de moldeo por extrusión-soplado

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