Fabricación en plástico

Plástico es el nombre que se le da a un gran número de materiales que se pueden moldear en una lista creciente de formas, colores y tamaños.

Los productos fabricados completamente en plástico o con compuestos de plástico, están en todas partes. Los ejemplos van desde los clips para papel hasta grandes hazañas de ingeniería, como satélites espaciales.

El plástico ha conseguido su popularidad gracias a su bajo coste relativo, versatilidad, facilidad para trabajarlo, durabilidad, moldeabilidad y resistencia al agua.

Los plásticos consisten en una amplia gama de compuestos orgánicos sintéticos o semisintéticos, en los que el elemento principal son las cadenas de moléculas largas llamadas polímeros. Estos polímeros le dan al plástico la resistencia y la flexibilidad necesarias para fabricar objetos sólidos.

Los científicos e ingenieros químicos han pasado 10 años desarrollando una gran variedad de plásticos. Se suelen agrupar por la estructura química de su polímero primario.

Algunos de los grupos más importantes son:

• Acrílicos
• Poliésteres
• Siliconas
• Poliuretanos
• Plásticos halogenados

Los plásticos que se usan con más frecuencia son:

• Acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS): entre sus aplicaciones, carcasas exteriores para la protección de equipos electrónicos y eléctricos, componentes del guarnecido de los automóviles, piezas de LEGO y tuberías y rácores para tuberías. También se usa como material para la impresión 3D (véase ¿Cuáles son los materiales plásticos empleados en la impresión 3D?)

• Poliamida (PA): se produce de forma natural (en la madera y la seda, por ejemplo) y sintética, como en el nailon. Sus aplicaciones incluyen las fibras textiles, cerdas de cepillos de dientes, cañas de pesar y piezas de máquinas que requiere una baja resistencia.
• Policarbonatos (PC): un material resistente que se usa para fabricar discos compactos, gafas, escudos de protección para la policía, ventanas de seguridad, semáforos y lentes.
• Poliéster (PES): se usa mucho en las industrias de la moda y textil.
• Polietileno (PE): es el plástico más común, utilizado sobre todo en el sector del packaging para fabricar bolsas, films y contenedores. En algunas aplicaciones se conoce como «politeno».
• Polietileno de alta densidad (HDPE): utilizado con frecuencia en botellas moldeadas, fundas, madera plástica y tuberías.
• Polietileno de baja densidad (LDPE): ampliamente utilizado en muebles de exteriores, losetas de suelo, cortinas de ducha y packaging de tipo «clamshell».
• Tereftalato de polietileno (PET): es el polímero de poliéster termoplástico de uso más generalizado, que se emplea en la fabricación de fibras textiles y contenedores para líquidos y alimentos.
• Polipropileno (PP): entre sus aplicaciones están los componentes de la automoción, el packaging, etiquetado, textiles, material de papelería, contenedores reutilizables y billetes de polímeros.
• Poliestireno (PS): utilizado para fabricar bolas de embalaje de alimentos, contenedores de alimentos y vajilla desechable.
• Poliestireno de alto impacto (HIPS): suele utilizarse en la fabricación de juguetes, revestimientos de neveras, packaging de alimentos y vasos desechables para vending.
• Poliuretano (PUR y PU): el plástico más utilizado en la industria de la automoción. Otros usos son los cojines de espumas, distintos tipos de aislamientos térmicos, revestimientos superficiales y rodillos de impresión.
• Cloruro de polivinilo (PVC): las aplicaciones más comunes del PVC rígido (RPVC) son tuberías de fontanería, canaletas, puertas, ventanas y tarjetas bancarias o de fidelización. El PVC flexible (FPVC) se utiliza en cortinas de la ducha, suelos, piel de imitación, productos inflables y como sustitución de la goma.

El proceso, ya sea derivado de materiales petroquímicos o biológicos, incluye cinco pasos:

• Extracción 

Las materias primas se extraen del petróleo (crudo), gas natural y carbón, o de materias primas renovables, como almidón vegetal o caña de azúcar. El material extraído contiene diversos compuestos que tienen que dividirse y separarse.

• Refinado

El calentamiento del material lo convierte en distintos monómeros (moléculas), lo que permite separar más fácilmente los elementos utilizables de las impurezas y contaminantes. En el caso del petróleo, estos monómeros incluyen combustibles líquidos, lubricantes, sustancias petroquímicas y nafta, un ingrediente clave para la fabricación del plástico.

• Polimerización 

A continuación, se emplea una combinación de calor y presión para enlazar químicamente los monómeros y crear polímeros, los componentes esenciales de todos los plásticos modernos.

• Combinación

Se mezclan aditivos con los polímeros para crear plásticos con distintas resistencias y aplicaciones. Por ejemplo, se añaden estabilizadores de UV para proteger el plástico, igual que un protector solar protege la piel. También se pueden añadir aditivos como la fibra de vidrio para aportar resistencia, o sustancias químicas que permiten descomponer el plástico para su biodegradación.

• Extrusión

El último paso consiste en extrudir, o estrujar, de forma mecánica la mezcla fundida, normalmente en tubos o láminas largos. Después, se cortan en láminas o gránulos de distintos tamaños, formas y colores, según el uso final que se les vaya a dar, y se envían a los fabricantes para transformarlos en un número infinito de productos.

Las técnicas empleadas en la fabricación del plástico son variadas, pero casi todas empiezan con un calentamiento de las láminas o gránulos de plástico. Los procesos más usados son:

• Extrusión: es un proceso muy similar a la propia fabricación del plástico. Los gránulos de plástico se calientan en un barril de temperatura controlada y son empujados a través de un molde metálico mediante un tornillo mecánico. El plástico se enfría al salir, lo que fija su forma y permite cortarlo a las longitudes deseadas.   

• Moldeo por inyección: los gránulos calentados se funden y se inyectan por acción de un tornillo a un molde de temperatura controlada. Este molde se cierra y se enfría para que el plástico se endurezca ya con su forma definitiva. El proceso es perfecto para la fabricación en grandes volúmenes, porque puede producir muchos artículos en poco tiempo. Puede servir para fabricar piezas pequeñas, como tapones de botellas, o grandes, como parachoques de coches y cubos de basura con ruedas.

• Moldeo por inyección soplado:este proceso es parecido al moldeo por inyección, pero utiliza aire comprimido para forzar el plástico fundido en el molde. Esta técnica permite que el objeto sea hueco, no macizo.

• Rotomoldeo: se parece al moldeo por inyección soplado en que ambos sirven para fabricar objetos huecos. La diferencia es que el molde se gira una vez relleno, y el plástico entra en la cavidad por fuerza centrífuga, no por aire. Los objetos que se fabrican con esta técnica son menos refinados que los que se fabrican por moldeo por inyección soplado.

• Termoformado: se trata de un proceso que implica calentar una lámina de plástico hasta que se pueda plegar y después estirar el material reblandecido sobre un molde para que coja su forma. Para formas más complejas, se puede usar el vacío dentro del molde para que el material se ciña estrechamente a la forma. Es lo que se conoce como conformado al vacío. Tanto el termoformado como el conformado al vacío permiten fabricar productos muy rápidamente.

El plástico es prevalente porque ofrece varias ventajas importantes: 

1. Versatilidad:  hay diversos tipos de plástico, cada uno con su propio conjunto de propiedades.
2. Fabricabilidad: el plástico es un material que se trabaja con facilidad y puede adoptar distintas formas, tamaños, colores y transparencias.
3. Durabilidad:  según cómo se fabriquen, los plásticos pueden ser muy duros, fuertes y resistentes al agua y las sustancias químicas. Además, es posible reforzarlos añadiendo aditivos, como fibras de vidrio o de carbono. 
4. Alta relación fuerza-peso: sustituir artículos de vidrio o metal más pesados por otros de plástico puede reducir considerablemente la distribución de los costes, en el caso de los contenedores de alimentos y bebidas o aumentar la economía de combustible de un vehículo.  
5. Bajo coste: a pesar de que el proceso de fabricación es relativamente complicado, el plástico es relativamente fácil de fabricar en masa, lo que hace que resulte asequible y práctico. 
6. Reciclabilidad: la lista de plásticos que se pueden convertir en productos nuevos sigue creciendo, aunque algunos de los procesos que se requieren aún no están muy extendidos. 

Los plásticos presentan una serie de desventajas que hay que mencionar:

1. Fuentes no renovables: la gran mayoría de plásticos que se fabrican hoy se derivan de recursos finitos, como el crudo, gas natural o carbón.  
2. Un solo uso: buena parte del plástico que se usa actualmente está pensado para usarlo una vez y desecharlo. Si no se desecha adecuadamente, por ejemplo para su reciclaje, este material puede permanecer en la naturaleza durante cientos de años.
3. Costes de reprocesamiento: el coste de reciclar algunos tipos de plástico es muy alto y el procesamiento puede requerir unos sistemas de limpieza y organización complicados. Además, los plásticos pueden solo reciclarse un número limitado de veces antes de que la calidad se degrade demasiado. Por el contrario, un material como el vidrio o el aluminio no se degrada durante su procesamiento, así que se puede reciclar un número infinito de veces.
4. Bajo punto de fusión: muchos plásticos tienen unos puntos de fusión relativamente bajos, lo que los hace inviables para las altas temperaturas. 
5. Inflamabilidad: los plásticos que contienen carbono e hidrógeno en sus moléculas de polímero suelen ser muy volátiles. Se queman con rapidez, y emiten gases tóxicos que pueden ser explosivos y servir de acelerantes.