La varilla de estiramiento es el componente mecánico que distingue el moldeo por soplado y estiramiento por inyección (ISBM) del moldeo por soplado y inyección (IBM) y del moldeo por soplado y extrusión (EBM). Se trata de una varilla de acero rectificada con precisión que desciende dentro de la preforma caliente en la estación de soplado y la extiende mecánicamente axialmente —empujando la base hacia abajo— antes de que el aire de soplado a alta presión la expanda radialmente. La combinación de la extensión axial por la varilla de estiramiento y la expansión radial por el aire de soplado produce una orientación molecular biaxial, que es la propiedad física responsable de la transparencia similar al vidrio de las botellas de PET, su alta resistencia con un espesor de pared reducido y su rendimiento como barrera contra el CO₂.

El papel de la barra de estiramiento en el ciclo ISBM

En la estación de soplado, la preforma, aún sobre su mandril y a la temperatura de acondicionamiento correcta, se introduce en el molde cerrado. La varilla de estiramiento entra en la preforma a través de su cuello abierto y entra en contacto con la base de la misma mediante una punta plana y controlada. A continuación, la varilla se extiende hacia abajo a una velocidad controlada (normalmente de 1 a 2 m/s), empujando la base de la preforma hacia el fondo de la cavidad del molde y alargando su cuerpo. Este es el paso de estiramiento axial.

Simultáneamente o inmediatamente después del contacto de la varilla de estiramiento, se introduce aire a baja presión (normalmente de 6 a 10 bar) a través del pasador de soplado para comenzar a inflar la preforma radialmente, evitando que se pliegue o colapse hacia adentro al extenderse. La varilla de estiramiento continúa su recorrido hasta que la base de la preforma entra en contacto con el fondo del molde de soplado. A continuación, se introduce aire a alta presión (de 25 a 40 bar) para completar la expansión radial del cuerpo de la preforma contra la pared del molde, formando así la botella final. La varilla de estiramiento se retira una vez que la botella está completamente soplada y el molde continúa enfriándola antes de abrirla.

Estación de soplado ISBM: la varilla de estiramiento entra en contacto con la base de la preforma y se extiende axialmente, mientras que el aire de pre-soplado y soplado expande la preforma radialmente, produciendo una orientación biaxial simultánea.

¿Por qué importa la orientación biaxial?

La extensión axial de la varilla de estiramiento y la expansión radial del aire de soplado alinean simultáneamente las cadenas de polímero PET en dos direcciones. Esta alineación biaxial es fundamentalmente diferente de la disposición aleatoria de las cadenas en el PET amorfo no orientado. Las cadenas orientadas son mucho más resistentes a la deformación y a la dispersión de la luz que las cadenas dispuestas aleatoriamente, lo que produce las siguientes propiedades en la botella terminada:

• Resistencia a la tracción De 2 a 3 veces mayor que el PET no orientado con un espesor de pared equivalente, lo que permite espesores de pared de 0,2 a 0,4 mm que no podrían soportar la presión interna de la botella ni las cargas de manipulación si no estuvieran orientados.
• Claridad óptica Por encima de la transmitancia de luz 90%, las cadenas alineadas dispersan mucha menos luz que las cadenas dispuestas aleatoriamente, lo que produce la apariencia similar al vidrio característica de las botellas de PET ISBM.
• barrera de CO₂ Suficiente para bebidas carbonatadas: el empaquetamiento denso y orientado de las cadenas reduce la velocidad de difusión de las moléculas de CO₂ a través de la pared de la botella.
• Resistencia al impacto por caída hasta 1,5 m cuando se llena de agua: las cadenas orientadas distribuyen la energía del impacto en una gran área en lugar de concentrarla en un punto de falla.

Sin la varilla de estiramiento, las máquinas IBM y EBM producen botellas únicamente mediante inflado con aire. Los envases resultantes son de PET o HDPE no orientados (amorfos), que son opacos, más pesados ​​para el mismo volumen y carecen de las propiedades mecánicas y de barrera del PET orientado.

Parámetros de control de la varilla de estiramiento

La varilla de estiramiento se controla mediante varios parámetros que deben configurarse correctamente para cada formato de botella. Estos parámetros se guardan en el sistema de recetas de la máquina y se recuperan al cambiar el molde:

Relación de estiramiento axial: qué es y cómo controlarla

La relación de estiramiento axial es la relación entre la altura de la botella terminada y la longitud del cuerpo de la preforma estirada (aproximadamente la longitud del cuerpo de la preforma antes del estiramiento). Para las botellas de agua de PET estándar, la relación de estiramiento axial suele ser de 2,5 a 3,5:1. Una relación de estiramiento demasiado baja produce una orientación axial insuficiente, lo que resulta en una botella más débil con menor transparencia en el área del cuerpo. Una relación de estiramiento demasiado alta (superior a aproximadamente 3,5:1 para el PET estándar) causa blanqueamiento por tensión: una neblina blanca en la zona sobreestirada, más comúnmente visible en la base o en la pared lateral inferior, causada por las cadenas de polímero que superan su límite de extensibilidad y comienzan a desarrollar microvacíos en lugar de orientarse más.

La relación de estiramiento axial viene determinada por la relación entre la longitud del cuerpo de la preforma y la altura de la botella, que se fija en la etapa de diseño del molde. No se puede modificar durante la producción sin utilizar un molde diferente. La distancia de recorrido de la varilla de estiramiento se ajusta para que coincida con la altura de la botella y no se puede regular de forma independiente como variable de proceso; simplemente debe alcanzar la base del molde. Sin embargo, la velocidad de desplazamiento de la varilla afecta a la rapidez con la que se desarrolla la orientación axial e interactúa con la presión de preinflado, lo que convierte a la velocidad de la varilla en una variable de proceso importante para botellas con geometrías de base complejas.

Mapa de parámetros del proceso ISBM que incluye el control de la varilla de estiramiento: la velocidad de la varilla, el momento del pre-soplado y el inicio del soplado a alta presión determinan conjuntamente la orientación biaxial que se logra en la botella terminada.

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Preguntas frecuentes

Problemas comunes con las barras de estiramiento y cómo corregirlos

Cuando los parámetros de la varilla de estirado no están configurados correctamente, o cuando la varilla se desgasta o se daña, aparecen defectos específicos en las botellas que ayudan a diagnosticar el problema. Comprender la relación entre el estado de la varilla de estirado y los defectos de calidad de las botellas permite a los operarios diagnosticar y corregir los problemas rápidamente sin necesidad de recurrir al departamento de ingeniería para cada desviación de calidad.

Blanqueamiento por estrés en la base: El defecto más común relacionado con la varilla de estiramiento. La neblina blanca en la base de la botella indica que se ha excedido la relación de estiramiento axial: las cadenas de polímero en la base han superado su límite de orientación y han comenzado a desarrollar microvacíos. Acción correctiva: reducir la distancia de extensión de la varilla (si es ajustable) o rediseñar la preforma con un cuerpo más largo para reducir la relación axial. Este defecto es un problema de diseño del molde, no de mantenimiento de la varilla, si esta no está dañada.

Base asimétrica: Si la base de la botella es más gruesa en un lado que en el otro, la varilla de estiramiento podría estar doblada, desalineada con respecto al eje central del molde de soplado o desgastada en un extremo. Inspeccione la varilla para comprobar su rectitud y el estado de la punta; reemplácela si está deformada. Compruebe también que la alineación entre el mandril y el molde de soplado sea correcta y que el molde se cierre simétricamente alrededor de la preforma.

La base de la preforma no llega al fondo del molde: La base de la botella terminada parece más pesada de lo previsto y el envase es demasiado corto. La distancia de extensión de la varilla es menor que la altura requerida para la botella, o la velocidad de la varilla es demasiado lenta en relación con el inicio del preinflado, lo que permite que la base comience a inflarse antes de que la varilla complete su recorrido. Ajuste la distancia de extensión de la varilla y el tiempo de preinflado según el procedimiento de configuración del proceso de la máquina.

Pared lateral opaca a pesar de la temperatura de acondicionamiento correcta: Si la velocidad de la varilla es demasiado alta en relación con el inicio del pre-soplado, la preforma puede enfriarse parcialmente al entrar en contacto con la pared del molde antes de expandirse radialmente por completo. Esto produce zonas de menor orientación con la consiguiente turbidez. Ajustar el inicio del pre-soplado (adelantándolo en relación con el recorrido de la varilla) permite que la preforma se infle radialmente antes de enfriarse contra la pared del molde.