9. Extrusión de lámina y
película en dado plano
El proceso de
extrusión por dado plano ofrece algunas variantes con
respecto a la extrusión de película, siendo el
métodos
para obtener lámina para aplicaciones como termoformado
(blister pack, skin pank, artículos desechables) y
láminas de varios espesores para diversos
usos.ç
Algunas características del proceso son: alta
productividad,
mejor enfriamiento y buen control de las
dimensiones y propiedades del producto
obtenido.
Las partes más importantes en la extrusión por dado
plano son:
- Dado o cabezal
- Rodillo de enfriamiento
- Sistema de Tiro
- Unidad de embobinado
Componentes De La Linea
- Dado o Cabezal
En una línea de extrusión de
película plana, el dado es la pieza esencial del sistema, ya que
otorga la forma que el polímero tendrá en su
aplicación final. Para una correcta uniformidad en el
espesor de la película a la salida del dado, el factor
fundamental es el diseño
y la distribución correcta de las temperaturas a
lo largo del mismo, así como el ajusta de los labios por
donde el plástico
fluirá y tomará su forma final. Debe considerarse
que el ancho máximo de los labios del dado, debido al
efecto de "formación de cuello" a la salida del dado y al
recorte lateral, necesario para uniformizar los costado de la
película. Los diseños de dados para la producción de película plana y
lámina son similares, es posible distinguir tres tipos,
con base en la forma del canal de distribución del
polímero fundido a la salida del dado. Los diseños
diferentes son los encargados de transformar secuencialmente el
material fundido que avanza con un perfil cilíndrico en
una lámina rectangular plana, libre de tensiones y
esfuerzos, para evitar deformaciones en el tiempo de
solidificación.
Los tipos de colectores o canales de
distribución que distinguen el diseño de dado
son:
- Tipo "T" (normal y biselado)
- Tipo "Cola de Pescado"
- Tipo "Gancho para Ropa"
El último es el más recomendado, ya que
muestra gran
consistencia en la uniformidad de distribución del flujo a
pesar de cambios en las condiciones de operación. La
desventaja es el costo, ya que el
diseño de alta tecnología de los
canales de flujo eleva se precio en
comparación con los otros tipos.
Si se toman en cuenta aspecto de calidad y costo,
el diseño de colector tipo "cola de Pescado" es el
más equilibrado, pero al igual que en el diseño
tipo "T", es necesario agregar elementos mecánicos que
permitan hacer ajustes a la distribución de flujos cuando
existan variaciones en las condiciones de proceso.
El diseño de "Gancho para Ropa", es usado preferentemente
en operaciones en
que la calidad y uniformidad de espesor del producto sean
aspectos importantes, mientras en el otro extremo, el
diseño de dato con colector "T", tienen mejor
aplicación en la producción de recubrimientos y
laminaciones con papel y/o
aluminio,
donde las variaciones en uniformidad son prácticamente
despreciables. Sumando a la incidencia del tipo de diseño
sobre el costo de un dado plano, se debe considerar el
área en el dado sujeta a presión,
que es proporcional a la longitud de los labios de salida del
dado.
Esta área, además de influir por el aumento en la
cantidad de material de fabricación, tiene otro aspecto
importante: las áreas que son recorridas por el plásticos
fundido están expuestas a grande presiones y, por ello,
debe ser utilizados mecanismo de cierre del dado de mejor
desempeño, pero que también son
más costosos.
Estos efectos son más críticos cuando se procesan
materiales de
alta viscosidad, se
requiere el uso de sistemas de
cierre mecánico reforzado por pistones hidráulicos
o por diseños de dados especiales de mayor resistencia a
presiones que tiendan a abrir los labio.
En dado de gran longitud de salida, el efecto de la
presión causa el efecto llamado "Concha de Almeja", que es
una deformación en la zona central del dado donde se
presenta una mayor abertura por la deflexión de las
paredes metálicas.
- Sistema de enfriamiento
Tomando una forma laminar al salir del dado, el
polímero para por un corto tramo donde no hay contacto,
excepto con el aire ambiental
hasta llegar al rodillo en donde empieza el enfriamiento. En este
punto, dos diferentes tipos de líneas de extrusión
se pueden distinguir:
- Para película (10 – 400
m m)(0.01 – 0.4
mm) - Para lámina (0.2 – 2.5 mm)
Esta última división se puede emplear en
casos prácticos pero no es una clasificación
definitiva, si se toma en cuenta que los criterios para
distinguir una lámina de una película se basan en
el espesor y en la posibilidad de formar rollos sin daños
ni deformaciones permanentes, es característica
sólo de las películas. Ya que esta última
cualidad no fácil de establece en un espesor definido,
sino que aumenta de manera paulatina, no es imposible fijar un
diferenciación exacta por espesor entre las
películas y las láminas. Las diferencias entre las
líneas de producción de película plana y de
lámina termoformable se observan en la zona de rodillos de
enfriamiento, donde el primer caso la película tienen
contacto en un solo lado al momento de unirse al rodillo
enfriador, mientras en la lámina termoformable, la resina
cae entre dos rodillos que calibran el espesor final y permanece
unida al rodillo mayor para continuar enfriándose.
El rodillo de enfriamiento requiere un efectivo sistema de
intercambio de calor; entre
mejor y más rápido sea el enfriamiento, mayor
será la productividad y algunas propiedades físicas
de la película, entre las que se incluye la transparencia.
Para un mejor efecto de enfriado, varios sistema acompañan
al rodillo de enfriamiento:
- Cámaras de succión
- Cuchillas de aire
- Estabilizadores laterales
Cámara de Succión
Auxilia para lograr un buen contacto entre la película y
el tambor de enfriamiento, al crear un área de baja
presión que jala a la película hacia el tambor,
además de remover cualquier volátil que pueda
adherirse al tambor y ocasione la reducción de la
capacidad de enfriamiento.
Cuchilla de Aire
Debido a que mecánicamente sería difícil
oprimir la película contra el rodillo de enfriamiento, la
cuchilla de aire realiza esta operación al lanzar una
cortina de aire a alta presión contra la película
en el punto de contacto con el rodillo. Cuando se usa el aire
frío para la función,
éste contribuye en parte con la remoción del calor
excedente.
Estabilizadores Laterales
Son boquillas de aire que reducen el encogimiento de los costado
de la película.
- Elementos Posteriores al Enfriamiento
Ya estabilizado el polímero por el rodillo de
enfriamiento, pasa por una serie de etapas
preparándolo para su
acondicionamiento final. El camino del plástico ya
moldeado incluye rodillos libres, rodillos para
eliminación de pliegues, medidor y controlador de
espesor, un sistema de tratamiento superficial para facilitar
la impresión, equipo de corte y succión de
bordes.
Dependiendo de las especificaciones establecidas para el
producto final, vario de los equipos de corte longitudinal de
las películas y de embobinado.Dos tipos son utilizados: el corte lateral, para
tener un producto con borde uniforme y el corte central,
cuando se requiere de películas de un ancho menor al
que se produce en el dado. En los corte laterales con
funciones
automatizadas, se cuenta con sistemas que conduce el recorte
a equipos que reducen su tamaño hasta dejarlo
disponible para reintroducirlo al extrusor.- Equipos de Corte
- Unidades de Enrollado
Tienen la función de producir bobinas compactas y
uniforme, pero generalmente la película es usada en otros
procesos como
impresión y/o envase, el producto debe ser de fácil
procesamiento y uso, esto es, no presentar bloqueo y no estar
excesivamente tenso.
Los procesos básicos de embobinado son:
- Embobinado por contacto
- Embobinado central
El embobinador por contacto, es usado para obtener
rollos de película no sensible a la tensión,
mientras que el embobinador central, se usa cuando se requiere de
rollos donde se puede regular la compactación. Los detalle
de estos equipos son básicamente los mencionados para los
bobinadores descritos en la sección de película
tubular.
Coextrusión En Dado Plano
Al igual que cualquier otro producto coextruido, la
producción de película o lámina con
distintas capas de dos o mas materiales encuentra su principal
diferencia con respecto a una líneas de extrusión
simple, en la construcción del cabezal dado.
En el caso de película o lámina plana, se pueden
distinguir tres formas distintas de producción de
coextrucciones, dependiendo de la forma en que los flujos de los
distintos materiales se encuentren para formar una sola estructura:
- Flujos separados dentro del cabezal y unión de
materiales externa - Flujos separados dentro del cabezal y unión en
la salida - Flujos completamente juntos dentro del
cabezal.
- Flujos Separados Dentro del Cabezal y Unión
Externa En este caso, cuando los materiales aún
caliente se unen fuera de cabezal, corren independientes
dentro de éste e incluso pasan al exterior por dos
aberturas o labios diferentes, siendo posteriormente unidos
al contacto con el rodillo enfriador.
Puede ser instalado un rodillo que presiones y asegure la
unión de los materiales, aunque éste se vuelve
indispensable sólo cuando una tercera capa de
algún otro material frío se agrega al sistema o
cuando debido a las altas velocidades de extrusión,
pequeñas cantidades de aire pueden quedar atrapadas
entre ambas capas. Para esta construcción de cabezal,
las ventajas se observan cuando se quiere procesar dos
materiales de propiedades de flujo muy diferente
(principalmente temperatura de proceso), ya que el
diseño de los canales de flujo de cada material puede
ser completamente distinto y aislado térmicamente con
relativa facilidad.
Entre las desventajas, sólo los dado con dos ranuras
de salida son recomendables de construir, ya que de tres en
adelante se convierten en dados de extrema complejidad y
elevado costo.
Operativamente, el problema de manejar materiales distintos
en un solo canal tiene el inconveniente de controlar dos
salidas de materiales independientes. Además, las
contradicciones laterales deben ser mínimas y la
producción de humos entre las capas extraídas
pueden generar problemas
de calidad en la lámina final. Un factor adicional a
considerar, es que en la extrusión de películas
muy delgadas que tienden a enfriarse rápidamente, se
pueden presentar problemas de baja
adhesión.En este tipo de dados, los materiales llegan al
cabezal y se distribuyen por colectores distintos, se unen
antes de abandonar el dado, teniendo éste una
construcción de varias entradas con otros canales de
flujo y una sola ranura de salida.
En este tipo de coextrusión, los materiales que tienen
distintas propiedades de flujo puede ser controlado y
ajustado individualmente, mientras que un control total del
espesor se logra con mayor eficiencia al
tener una sola ranura de salida. El aislamiento de los
canales individuales, es posible de lograr, pero es
más complejo que en la construcción del tipo
mencionado en el inciso anterior. Como desventajas,
además de los problemas de aislamientos ya
mencionados, se debe considerar que la construcción
del cabezal es compleja, aunque la introducción de hasta una curta capa es
factible.- Flujos Separados dentro del Cabezal y Unión
Antes de Salir - Flujos Juntos dentro del Cabezal
Este tipo de coextrusión se puede realiza en
cabezales convencionales, con la inclusión de un adaptador
que dosifica los diferente materiales para la formación de
una sola corriente. La ventaja de este tipo de
construcción, es que casi cualquier número de capas
puede incluirse para obtener láminas de aplicaciones muy
especializadas, todo esto con una complejidad relativamente menor
a los métodos anterior. Como restricción, se debe
tomar en cuenta que los materiales deben tener propiedades
reológicas y temperaturas de proceso similares. Se puede
considerar que este es el sistema más usado en la
producción de coextrusiones.
Aplicaciones De Los Productos
Película Plana (0.01 – 0.4 mm)
- Película para bolsa
- Laminaciones
- Películas encogibles
- Películas para envolturas
- Películas de uso doméstico
- Para envase
- Películas para uso decorativo
- Películas para pañal
- Películas con relieve
- Cintas adhesivas
- Otras
Lámina Termoformable (0.03 – 2.5
mm)
- Cubiertas
- Envases
- Desechables
- Skin Pack
- Blister Pack
Coextrusiones
- Envases de alimentos
- Envases de productos
químicos
Componentes De La Linea
En la industria de
cables aislados, una amplia variedad de productos hace que
existan muchos tipos de configuraciones para líneas
recubrimiento. A pesar de la diferencias entre ellas, todas
guardan una estrecha relación; la parte fundamental de
estos procesos se encuentra en el lado o cabezal y éste es
común a todos los tipos de recubrimiento.
- Descripción del Dado
Para el proceso de recubrimiento de cable, se utiliza un
cabezal del tipo de sección anular, por su similitud con
salidas de los cabezales para película tubular y
tubería. En el caso del proceso de recubrimiento de cable,
el propósito es aislar a un producto semiterminado como el
cable de cobre o la
fibra
óptica.
Recubrimiento por Presión
En este tipo de cabezal, el cable a recubrir se encuentra
envuelto por el plástico fundido bajo presión en el
interior del dado. En este caso, la adherencia del
plástico al cable por las condiciones de presión y
temperatura es muy buena; en el caso de alambre trenzado, se
asegura la penetración del plástico entre las
tramas metálicas. Para un mejor logro propósito de
este propósito se puede crear un vacío en la parte
central del cabezal.
Recubrimiento por Tubo
En el dado para recubrimiento por tubo, se utiliza un dado
similar al usado en la producción de tubería, pero
un diámetro muy pequeño. En la etapa de
recubrimiento, el pequeño tubo formado en el cabezal se
contrae, disminuyendo un poco su espesor y cubriendo la
superficie del cable.
b) Elementos Posteriores al Cabezal
Todas las líneas deben tener después del cabezal un
sistema de enfriamiento, un elemento de tiro y un embobando, y
adicionarles un sistema de medición de espesores de pared, un probador
de fuga de corriente y otros sistemas de medición que
dependerán de la especialidad que se esté
trabajando.
Aplicaciones De Los Productos
- Aislado de fibra Óptica
- Cable fino
- Cables telefónicos
- Cables sencillos o trenzados
- Cable de alta tensión con Polietileno
entrecruzado - Cable de alto Calibre.
Lineas De Pelletización Y Producción De
Compuestos
Las líneas de mezclado y producción de compuestos,
en términos generales cumplen con las siguientes
funciones:
Mezclado y Homogenización de Polímeros con
Aditivos
- Estabilizadores de temperatura y
radiaciones - Lubricantes de proceso
- Plastificantes y modificadores de impacto
- Colorantes
- Cargas
- Retardantes a la Flama
- Agentes de entrecruzado
- Agentes clarificantes
- Otros
Incluso de Refuerzos Mecánicos en los
Polímeros como:
- Fibra de Vidrio
- Fibra de Vidrio
Otros Usos:
- Aleación de polímeros compatibles para
obtener un material de características
deseadas - Homogeneización y obtención de
condiciones de flujo deseadas en polímeros
vírgenes - Formación de Perlas o "pellets", que es la
forma más práctica que pueden tener las resinas
plásticas para su manejo, transportación y
alimentación de la maquinaria de la
maquinaria de moldeo final. - Filtración de polímeros que contengan
sólidos y contaminantes insufribles - Mezclas de material virgen con reciclado
- Eliminación de volátiles del
polímero.
A principios de
siglo, la maquinaria para formar compuestos para
termoplásticos, tuvo su punto de origen en los mezcladores
y amasadores por lotes usados en el procesamiento del hule, pero
a causa del continuo desarrollo de
la industria del plástico y de la necesidad de compuestos
de mejor calidad y de un mayor volumen de
producción, las líneas de "compounding" han logrado
un elevado nivel de especialización y
tecnificación.
Descripción De Las Líneas De
Compuestos
Las líneas de formación de compuestos, consisten en
maquinaria de mezclado, amasado y equipo periférico para
lograr el producto requerido. La especialización de una
línea de "compounding". Consiste en que el conjunto de
husillo – barril tenga un diseño adecuado que cumpla
con la funciones de:
- Plastificar
- Mezclar y Homogeneizar
- Dispersar
- Remover volátiles
- Filtrar
- Pelletizar
Para lograrlo, se debe contar con un equipo con zonas
localizadas de diferente rango e intensidades de mezclado y corte
del material plastificado. Los grados de mezcla y corte, se
obtiene con repetidos cambios del sentido del flujo
líquido, separaciones de corrientes e intercambios de
capas de materiales en los diversos canales de un tornillo.
Generalmente, en la construcción de maquinaria para
líneas de compunding, la característica es usar
motores de
accionamiento de alta potencia, ya que
el calor usado en la plastificación del material debe
provenir en mayor grado por la acción de fricción
en el mezclado que por los elementos calefactores
exteriores.
Equipo Auxiliar
La mayor parte de los siguientes elementos son frecuentemente
encontrados al observar una línea de
compuestos:
- Silos de almacenaje de materia
prima de material (pellets) procesado o
compuesto - Unidad de premezclado continua o intermitente, que en
ciertos casos mejoran notablemente la eficiencia de la
línea completa. - Unidades de alimentación, que pueden ser
tornillos alimentadores, bandas sinfín
graviométricas, tolvas dosificadoras, válvulas
rotatorias, bombas de
engrane, etc. Se eligen según la precisión
requerida en la alimentación y el estado
físico del material alimentado (grano, polvo,
líquido, etcétera). - Sistemas de protección contra objetos
extraños basado en principios mecánicos,
inductivos o magnéticos. - Sistemas de tamizados y cambio de
tamiz para retención de partículas e impurezas
que pudieran pasar al extrusor. - Unidades de pelletización con sistemas de
transporte
de pellets, neumáticos o por agua - Enfriadores o secadores de pellets, dependiendo del
sistema del transporte anterior - Sistema de envasado del producto final
- Sistemas de control de temperatura del extrusor con
calentamiento eléctrico o por aceite y de enfriamiento
con agua. - Combas de vacío para extracción de
volátiles del polímero. - Paneles centrales de control de
instrumentos.
Tipos De Linea De Compounding Para Termoplasticos
Destacan cuatro técnica de manufactura de
compuestos, con base en el tipo de resina que se
procesa:
- Para Poliolefinas
- Para plásticos sensibles a la
temperatura - Para Polímeros de Estireno
- Para plásticos de
ingeniería
- Compounding de Poliolefinas
Se distinguen tres formas para producir compuestos de
Poliolefinas, por el esta físico de la resina que abandona
el reactor donde se genera:
- Para resina fundida
- Para resina en solución
- Para resina en Polvo
Líneas para Compunding de Resina Fundida
En este tipo de formación de compuestos, la descarga
directa del reactor en forma de masa fundida pasa a una extrusor
con un husillo de relación de 24 L/D y una
configuración especial, o con husillo gemelos corrotantes
donde las labores de aditivación, homogeneización y
pelletizado llevan a cabo venteos y remoción de gases para
abatir las concentraciones de etileno residual hasta 50 ppm o
menor.
Aunque este tipo de maquinaria había sufrido un constante
desarrollo para satisfacer las crecientes demandas de LDPE hasta
llegar a máquinas
con una producción de 20 a 30 ton/hr, el uso creciente de
LLDPE, obtenido como una solución o como polvo, hace que
el diseño de máquinas más productivas sea
poco probable.
Líneas de Concentración de Soluciones
En la obtención de Poliolefina por el método de
solución, el principal obstáculo de un material
procesable es la separación del solvente, usado en la
polimerización de la resina obtenida.
Una solución a este problema era la separación por
agotamiento con vapor de agua, pero esto implicaba con vapor de
agua, pero esto implicada una costosa separación y
purificación posterior del solvente, que debe estar libre
de agua para poder
reutilizarse.
La mejor opción se encuentra en concentrar directamente
mezclas de
polímero al 85% en extrusora, debido a la alta viscosidad
del producto. Para algunos casos como el de la resina de PEAD
para grado inyección, la desgasificación se lleva
en extrusores monohusillo que operan en cascada, eliminando los
volátiles durante la transferencia entre ambos
equipos.
Otros equipos de tornillos gemelos o multihusillo, son usados
para Poliolefina de alta viscosidad. Los equipos actuales para la
aditivación y pelletización de resina obtenidas por
solución, llegan a tener productividades de 15 ton/hr, con
diámetros hasta de 460 mm.
Líneas para Compounding de Resina en Polvo
Este tipo de líneas tienen productividades hasta 20 – 25
ton/hr, ligeramente menores que las líneas para resina
fundida, pero mayores a las concentración de soluciones.
Han tenido poco desarrollo tecnológico desde su
creación, avanzado únicamente en el aspecto de
velocidades de producción. El uso de equipos monohusillo,
se encuentra limitado en capacidad, llegando sólo a 5
ton/hr como máximo.
En husillos gemelos, las máquinas con husillos engranados
y de giro contrario, tienen poca efectividad y debido a problemas
de construcción no se pueden diseñar
máquinas de grande diámetros, ello limita la
capacidad de producción. Sin embargo, en sistemas de
husillos gemelos no engranado de giro opuesto o engranado de giro
en el mismo sentido, se pueden lograr mayores diámetros,
hasta de 380 mm y se obtienen producciones
máximas.
Pelletizadores para Poliolefina
Para la formación de perlas o pellets de Poliolefinas,
provenientes de los equipos de alta productividad mencionados, se
usan equipos con capacidad de 25 ton/hr. Un esquema del equipo de
pelletización de elevada carga.
- Compounding de Polímeros Sensible a la
Temperatura
Al tratar sobre polímeros sensibles a la
temperatura, la atención principal se dirige al PVC que es
el caso más típico, pero también debe
mantenerse presente a los Polietilenos entrecruzable, espumable y
algunos hules termoplásticos como miembros de este
grupo.
En el caso de producción de compuestos de PVC, la mezcla
de un mayor número de aditivos en comparación con
la Poliolefinas y por consecuencia, la necesidad de un trabajo de
incorporación de materiales más efectivo, encuentra
la dificultado del manejo de una resina que puede degradarse con
facilidad. En el caso de extrusión de tubería o
perfil de PVC rígido, se prefiere premezclar la resina de
PVC con los aditivos necesarios en mezcladores de alta velocidad. Los
polvos obtenidos de este equipo, son alimentados directamente al
extrusor donde el producto final será obtenido.
Cuando el uso del material pleiteado es necesario como en los
casos de producción de cable recubierto, suelas de calzado
con PVC plastificado, o botellas de compuesto de PVC
rígido, es necesario el uso de una línea de
extrusión especializada para el mezclado y
pelletización de los componentes que, por complejidad del
proceso, regularmente llegan a 3 ton/hr para compuesto de PVC
rígido y hasta 6 ton/hr para material plastificado.
Paras las resinas de PVC, en especial cuando se trate de PVC
altamente sensible a la temperatura y al corte, es necesario
controlar estrictamente las condiciones de producción. Los
tipos de equipo más adecuados para el compounding de PVC
incluyen:
- Extrusores con husillos gemelos engranados y de giro
contrario - Plastificadores empleados específicamente para
compuestos de PVC plastificado - Amasadores con unidades de descarga
monohusillo - Extrusores planetarios con unidades de descarga
monohusillo - Extrusores con husillos gemelos, engranados y de giro
en el mismo sentido, con unidades de descarga
monohusillo
- Compounding de Polímeros de
Estireno Ya que el Poliestireno se obtiene como material
fundido por la mayor parte de los sistemas de
polimerización, el trabajo
de pelletización se puede lograr con bombas de
engranes para el transporte del material y unidades de
pelletización. Cuando además de la
pelletización, se requiere de la incorporación
de plastificantes, lubricantes, colorantes u otros aditivos y
una desgasificación para remover monómero
residual, es preciso el uso de maquinaria de husillos. En la
producción de compuestos de Polímeros de
Estireno, la productividad de la maquinaria empleada no
sobrepasa generalmente las 3.5 ton/hr.- Compounding de Plásticos de
Ingeniería
La producción de compuestos de plásticos
de ingeniería involucra a resinas
termoplásticas como: PA, PC, ABS, POM, PMMA, PPO, etc.,
además de plásticos termofijos y plásticos
reforzados y cargados. Las operaciones involucrada en el
Compounding de plásticos de ingeniería
son:
- Plastificación
- Distribución y mezclado de
aditivos - Remoción de volátiles
- Inclusión de cargas, cuando se
requiera - Refuerzo con fibras minerales,
cuando se requiera Aleaciones
con otros polímeros, cuando se requiera - Pelletización
A diferencia de las líneas de producción
de los compuestos antes mencionados, aquellas usadas para
plásticos de ingeniería tienen una productividad
baja, que fluctúa entre 1,00 y 1,500 kg/hr.
Extrusión de Doble Husillo
La construcción de extrusores de dos husillos se conoce
desde más de 50 años, originándose su
desarrollo en Europa. La
dificultad principal en sus orígenes era la complejidad
requerida para los cojinetes de empuje y en engranaje para la
coordinación del giro de los husillos. Las
razones principales del desarrollo y uso de extrusores doble
husillo se ha enfocado a la transformación de materiales
sensible a la temperatura y procesos especiales como
formulación de compuestos, reacciones
químicas, remoción de volátiles y
otros.
Funciones de Mezclado
Para la formación de compuestos, los extrusores doble
husillo utilizan las funciones de dispersión y de
distribución de materiales. En el caso de la
dispersión, implica que las cargas o aditivos
sufrirán una reducción en la función
distributiva sólo implica una separación y
Homogenización de las partículas en el volumen de
la mezcla.
Extrusores contra-rotante Entrelazados
En este tipo de extrusores se utilizan cuando se requiere de una
gran dispersión de los materiales como en el caso de
masterbatch de color o de
aditivos. También se utiliza para aleaciones
polímeras que requieran un mezclado intenso. Una ventaja
de estos equipos es que funcionan como bombas de desplazamiento
positivo, facilitando cualquier operación de
extrusión en línea sin necesidad de bombas de
engranes.
Extrusores Co-rotantes Entrelazados
Estos extrusores se prefieren para compunding en volúmenes
mayores. Entre los husillos existe solo una pequeña
separación, forzando con esto al plástico a
circular por la periferia de los husillos, generando un
patrón de forma de "8". Por esta pequeña
separación se crea un efecto de "autolimpieza de la
superficie del otro.
Extrusores Contra-rotantes No Entrelazados
Los extrusores contra – rotantes no están en
contacto íntimo, siendo por esta razón excelentes
en los casos donde sólo requiere un mezclado distributivo,
es decir, que no requiera de una reducción del
tamaño de los aditivos agregados. También se usan
en devolatilización de altas producciones.
Definición
El moldeo por soplado es un proceso discontinuo de
producción de recipientes y artículos huecos, en
donde una resina termoplástica es fundida, transformada en
una preforma hueca y llevada a un molde final en donde, por la
introducción de aire a presión en su interior, se
expande hasta tomar la forma del molde es enfriada y expulsada
como un artículo terminado. Para la producción de
la preforma, se puede considerar la mitad del proceso como
conjunto y utilizando el proceso de inyección o
extrusión, permitiendo que el proceso de soplado se divida
en dos grupos distintos:
inyección – soplo y extrusión –
soplo.
Ventajas Y Restricciones
El proceso tiene la ventaja de ser único proceso para la
producción de recipientes de boca angosta; solamente
comparte mercado con el
rotomoldeo en contenedores de gran capacidad. Para el proceso
extrusión soplo, la producción de la pieza final no
requiere de moldes muy costosos. Otra ventaja es la
obtención de artículos de paredes muy delgadas con
gran resistencia mecánica. Operativamente permite cambios en
la producción con relativa sencillez, tomando en cuenta
que los moldes no son voluminosos ni pesados.
Como restricciones del proceso se puede mencionar que se producen
artículo huecos que requieren de grandes espacios de
almacenaje y dificultan la comercialización a regiones que no
estén próximas a la planta productora. Por otra
parte, en el proceso de extrusión – soplo, se tienen
en cada ciclo una porción de material residual que debe
ser molido y retornado al material virgen para su
recuperación, lo que reduce la relación producto
obtenido/material alimentado, y que se debe adicionar al precio
del producto.
Aplicaciones
Prácticamente el moldeo de cualquier recipiente se puede
lograr por medio del proceso de soplado, siendo el único
para la producción de recipientes de cuello angosto de
alto consumo en
industrias como
la alimenticia, cosmética y química, aunque en
envases de cuello ancho, puede encontrar cierta competencia en el
proceso de inyección y quizás con el termoformado,
mientras que en contenedores de gran tamaño y boca
angosta, observa una gran competencia con el moldeo rotaciones.
El proceso se encuentra en franco crecimiento, bajo la necesidad
de abastecer a un mercado de alimentos también en
constante auge. Ejemplo de la diversidad de aplicaciones
son:
Sector Cosméticos –
Farmacéutico
- Envases de tratamiento tipo ampolletas
- Envases pequeños para muestras
médicas - Recipientes para medicamentos en
pastillas - Recipientes para jarabes, soluciones y
suspensiones - Recipientes grandes para suero
- Recipientes para shampoos y cremas
- Recipientes para lociones y perfumes
Sector de Alimentos
- Botellas para aceite comestible
- Botellas para agua potable
- Botellas para bebida carbonatadas con o sin
retorno - Botellas para bebidas alcohólicas
- Envases pequeños para golosinas o
promocionales - Envases para bebidas refrescantes no
carbonatadas - Envases para condimentos
- Envases para bebidas en polvo
Para la obtención de artículos huecos por
esta vía, la resina polimérica es alimentada a la
tolva de un extrusor; de ahí pasar al interior del
cañón, se plastifica y homogeneiza por medio del
huisillo con los pigmentos y otros aditivos que también
hayan sido alimentados, siendo únicamente restringido el
uso de cargas o refuerzos, ya que estos últimos
generalmente provocan la ruptura de las paredes del
artículo cuando está en la etapa de soplado.
El material ya homogéneo y completamente plastificado,
pasa al dado o cabezal que, de manera similar a la
extrusión de tubería que, de manera similar a la
extrusión de tubería, produce una preforma
(párison) tubular con dimensiones de pared controladas
para la pieza final cumpla con las dimensiones de espesor
requeridas.
La producción de esta preforma deber se invariablemente
vertical y descendente, ya que no existe ninguna guía que
pueda
ofrecerle alguna otra orientación, mientras que el tiempo
empleado desde que comienza a salir del dado hasta que tiene la
dimensión precisa para continuar con el ciclo, está
limitado al momento en que la primera porción de
plástico extruído se enfríe, perdiendo
características para ser moldeado.
Llegando a la longitud de preforma óptima, que es
ligeramente mayor a la longitud del molde que forma la pieza
final, entra en acción del mecanismo que cierra las dos
parte del molde para dejar confinado el párison en
éste. Durante su movimiento, el
molde además de rodear al párison, lo prensa por uno de
sus extremos provocando el sellado de las paredes del tubo,
debido a que el plástico se encuentra aún arriba de
su temperatura de reblandecimiento.
El diseño del molde puede incluso cortar el
material sobrante por debajo de éste, formando así,
la característica línea o costura en la base de
todo recipiente obtenido por extrusión-soplo. El otro
extremo del párison permanece abierto, pues es necesario
para las etapas posteriores.
En la tercera fase del proceso se introduce una boquilla por el
extremo abierto del molde y en el interior del párison, se
inyecta aire a presión, obligando a la preforma a
extenderse hasta alcanzar las paredes del molde, donde se
enfría y conserva la forma interior del molde. La boquilla
de inyección del aire crea al mismo tiempo la estructura
final de la boca y cuello del recipiente.
Es importante señalar que durante el proceso de
expansión de la preforma hacia las paredes del molde, el
espesor de la pared sufre una reducción por el aumento del
área superficial.
En la última fase del ciclo de soplado, el molde se separa
exponiendo al recipiente terminado a una temperatura en que es
estable dimensionalmente, para ser entonces expulsado por su
propio peso o por el aire a presión que aún se
encuentra en su interior. Generalmente, el tiempo invertido en la
dos últimas etapas tarda lo suficiente para que en el dado
se haya extruido una nueva preforma, siendo necesario que el
molde recién liberado del producto tenga que moverse hacia
la recepción del nuevo material, para iniciar un nuevo
ciclo productivo.
Proceso De Inyección – Soplo
Se utiliza en los casos en que se requiera obtener recipientes de
boca ancha, con o son cuerda, con un cuerpo aún más
ancho o de forma tal que no pueda obtenerse por un proceso simple
de inyección. También es adecuada la resina
requerida para la obtención del recipiente tenga una
fluidez y viscosidad que no permitan la extrusión de una
preforma o se tenga muchos problemas para su control.
En esta variante del proceso de soplado, en la primera etapa la
resina es alimentada a la tolva de una máquina de
inyección, de donde pasa el cañón y por la
acción del husillo y las resistencia calefactoras es
fundida, homogeneizada y transportada hacia la punta de la unidad
de inyección; ahí se acumula temporalmente.
Al reunirse la cantidad de material suficiente para inyectar la
pieza y teniendo el molde listo para la recepción del
material, el husillo de la unidad de plastificación
avanza, expulsando al material plastificado hacia la cavidad del
molde para producir la preforma, con un perfil de espesores que
puede ser uniforme o variable dependiendo de la forma del
artículo final. La preforma tienen un aspecto tubular y no
puede ser, ninguno de sus puntos, más ancha y no puede
ser, en ninguno de sus puntos, más ancha que el
diámetro interno de su boca. El plástico inyectado
es ligeramente enfriado para la preforma pierda fluidez y
conserve un estado
reblandecido. Al momento de alcanzar la temperatura adecuada, la
parte del molde correspondiente al cuerpo de la preforma, se
aparte para ser sustituida por otro molde que tiene la forma
exterior del recipiente deseado. En esta etapa, las parte del
molde que formaron el cuello y la parte interna de la preforma se
conservan inmóviles. La preforma, ubicada ahora en un
molde de mayor volumen, es expandida por la inyección de
aire introducido por el vástago metálico central
usado durante la inyección de ésta. La
expansión involucra una reducción en el espesor de
las paredes del recipiente, de manera similar al `proceso de
extrusión soplo, pero en este caso, la línea de
costura en la base del producto no aparece, siendo reemplazada
por una discreta prominencia que indica el punto de
inyección de la preforma. El plástico, ahora en
contacto nuevamente con las paredes interiores del molde final,
transfiere su calor rápidamente hacia el metal, que a su
vez, es enfriado con corriente de fluidos refrigerantes.
Finalmente, la última etapa del ciclo corresponde a la
expulsión de la pieza terminada con la apertura de los
moldes que dieron forma al cuerpo y cuello del recipiente y la
salida del vástago central del interior del producto. De
aquí, el vástago central y el formador del cuello
reúnen con el molde del cuerpo de la preforma para
instalarse en posición a la salida de la boquilla de la
inyectora y esperar una nueva descarga de material plastificado
para iniciar un nuevo ciclo.
12. Descripción del equipo
Cabezal De Extrusión
Desempeña un papel importante en el proceso de
extrusión – soplo, ya que la calidad con sea
producida la preforma, depende del éxito
de la etapa de soplado. Todos los cabezales utilizados en la
extrusión de 90º, pues no existe otra forma en que el
molde pueda tomar el párison que no sea vertical. Las
secciones de alimentación al cabezal, deben tener un
diseño adecuado para evitar líneas de soldadura por
elementos que sostenga el mandril central del dado. Para la
producción de preforma central del dado. Para la
producción de preforma de diámetro pequeño,
una salida de material recta o convergente puede ser indicada y,
un párison con espesores de pared constante responde
perfectamente a las necesidades del proceso.
Para la producción de formas que no sean completamente
cilíndricas y de sección transversal uniforme, o
que sean de un tamaño relativamente grande, es necesario
contar con un control en el espesor de la preforma o
párison extruido, que podrá ser no uniforme al paso
de su longitud. La variación de espesores, en el caso de
formas irregulares y complicadas, obedece a que al momento del
soplado algunas zonas de la pared de la preforma experimentan
mayor elongación que otras, produciendo paredes más
delgadas, débiles o muy gruesas donde se desperdicia
material.
En el caso de productos grandes, el peso del párison
extruído se incrementa con la longitud y tiende a estirar
a las paredes mas cercanas al dado; se debe compensar con
incrementos paulatinos de espesor al momento de la
producción de párison. La variación en los
espesores de la preforma, se logra por medio de un dado que pueda
incrementar o reducir la distancia de la abertura, por la que se
está extruyendo la resina. Esto se consigue con el
movimiento ascendente y descendente del mandril del dado de
extrusión.
Cabezal Acumulador
En la producción de contenedores grandes, y principalmente
cuando se requiere una distribución del espesor de pared,
se recomienda el uso de maquinaria con cabezal acumulador, que es
un mecanismo de almacenamiento
del plástico fundido para posteriormente formar el
párison con alta velocidad. Así, se evita el
estiramiento natural del párison que en casos extremos
puede provocar la ruptura del mismo, especialmente si su peso es
mayor a 2 kg.
Corte Del Párison
Una vez que el párison ha sido formado y captado por el
molde, existe un mecanismo que corta el párison y permite
el paso de la boquilla de soplado. En el caso del PVC y
Poiolefinas, se puede utilizar una cuchilla en frío. En
caso de que el párison sea muy delgado o inestable, se
prefiere un alambre caliente (resistencia eléctrica), que
tiene la desventaja de requerir mayor mantenimiento.
Moldes para extrusión – soplo sin
biorientación
Estos moldes son lo más sencillos, ya que un solo molde de
dos piezas se puede utilizar para el funcionamiento de una
máquina. Para su construcción, se pueden utilizar
materiales muy ligeros como el aluminio, debido a que en la etapa
de soplado no se ejerce una presión elevada como en un
moldeo por inyección, consiguiendo ventajas en peso y
conductividad térmica, siendo más sencillo maquinar
los canales de circulación del líquido de
enfriamiento. Sin embargo, en máquinas de alta
productividad, la intensidad de trabajo puede demandar moldes de
acero o alguna
otra aleación resistente para conservar el molde en buenas
condiciones aún después de someterlo a los largos
periodos de producción.
Moldes para inyección – soplo sin
biorientación
En este proceso, debe adicionarse un molde de inyección de
tres partes, que implica una complejidad mayor que en el caso
anterior, ya que el molde de inyección debe tener un
diseño especial y materiales para resistir las presiones
normales de un proceso de inyección. El molde de soplado
podrá ser de las mismas características que el
usado en la extrusión – soplo
convencional.
Procesos para la obtención de recipiente
biorientados
Durante mucho tiempo se estimó la posibilidad de
introducir a los materiales plásticos en el envase de
bebidas gaseosas, agua purificada y otros productos, donde el
dominio del
vidrio y los materiales metálicos parecía
indiscutible.
Las principales características que el plástico
debe cumplir son:
- Presentar alta transparencia para proporcionar buena
presentación al producto envasado - Resistencia mecánica a presione internas en
caso de bebidas carbonatadas - Cumplir con los requerimientos de vida de anaquel
exigidos por las bebidas carbonatadas - Tener resistencia a impactos producidos durante las
labores de producción, transporte y distribución
del producto. - Tener un precio menor al vidrio y productividades
iguales o mayores a éste.
Las dificultades parecían excesivas, sobre todo
en el caso de la impermeabilidad al CO2, y por la
presión a la que se envasan las bebidas gaseosa,
sólo se podía aspirar a resolver el problema con
grandes espesores de pared o complicadas coextrusiones.
Inclusive, era contraproducentes al analizarlas en transparencia,
productividad y costo, por ello se descartaban como alternativas
factibles. El desarrollo de una modificación a los
procesos de extrusión – soplo e inyección
– soplo, así como la investigación de nuevos grados de resinas
que cumplieran con la propiedades mecánicas y de
permeabilidad impuestas por las características de los
productos a envasar, resolvieron los problemas para la
sustitución de vidrio y metales, en
campos en que parecían irremplazables.
Proceso De Extrusión – Soplo Con
Biorientación
Es preferido para la obtención de botellas de PVC
transparentes; es un proceso de extrusión – soplo,
con una etapa que asegura el estiramiento longitudinal del
recipiente producido.
Las primeras etapas de este método, siguen el mismo camino
descrito para el proceso extrusión – soplo
convencional, pero al llega a la última etapa no se
obtiene el producto final, sino una preforma. En el proceso
convencional, la preforma obtenida es sellada en su parte
inferior y soplada, sufriendo un gran estiramiento
circunferencial, pero bajo longitudinalmente, que provoca un
arreglo y orientación desbalanceado en las
moléculas y pérdida de las propiedades
físicas máximas que el polímero puede
proporcionar. Para resolverlo, la preforma obtenida es trasladada
al molde que tiene la forma del producto final y que es mayor en
longitud y circunferencia en relación con la preforma.
Aquí entra en acción simultánea un
dispositivo mecánico que estira la preforma
longitudinalmente, mientras que por medio de aire a
presión se realiza la expansión de las paredes de
la preforma hasta las paredes del molde. Así, se obtiene
el recipiente requerido con una orientación en sentido
longitudinal y circunferencial, que mejora de manera notable las
propiedades mecánicas de las paredes del producto,
logrando altas resistencia con paredes considerablemente
delgadas.
Moldes para Extrusión – Soplo con
Biorientación
Para la extrusión – soplo con biorientación,
los moldes no requieren de construcciones de gran resistencia a
la presión, pero no bastante complejos en su
funcionamiento y diseño. Se puede usar materiales ligeros
en su construcción o de mayor resistencia mecánica,
dependiendo de la intensidad de uso a que estén
sometidos.
Proceso De Inyección – Soplo Con
Biorientación
Se refiere preferentemente a la producción de envases de
PET, que generalmente se dirigen a mercados como el
envase de bebidas carbonatadas y agua purificada. La
variación contra el proceso normal de inyección
– soplo, es la introducción de una etapa de
estiramiento longitudinal, con la preforma crece a más del
doble de su tamaño original, consiguiendo una
extraordinaria mejoría en sus propiedades mecánicas
que le permite resistir a impactos exteriores, estando sometida a
presiones interiores considerables.
Esto ha provocado un importante desplazamiento del vidrio en la
industria refresquera, con un reducción de más del
90% en peso de envase. Comparando la secuencia anterior con el
proceso de inyección – soplo convencional, se puede
advertir la inclusión de una etapa en la que la preforma
es estirada longitudinalmente por medio de un vástago de
movimiento vertical, mientras la inyección de aire a
presión ofrece a las paredes del recipiente la
biorientación que permite paredes delgadas con altas
propiedades mecánicas, además de las mejoras en
transparencia, bajo peso y costo.
Moldes para Inyección – Soplo con
Biorientación
Es el método de soplado de mayor complejidad en cuando a
moldes se refiere. En la etapa de obtención de la
preforma, se debe utilizar un molde de alta resistencia y de
extraordinaria capacidad de enfriamiento, ya que en el molde del
PET, un enfriamiento ordinario puede conducir a la
obtención de piezas opacas por la cristalización de
las cadenas del polímero. En estos moldes, la zona
más difícil de enfriar es el punto de
inyección, por esta razón en las botellas
terminadas se pueden apreciar ligeras zonas opacas en la parte
inferir del producto. Posteriormente, se emplea un molde similar
al usado en el método de biorientación de preformas
extruidas, con la diferencia de que en este caso, debe ser
previstas mayores capacidades de estiramiento
longitudinal.
Autor:
Iván Escalona M.
Ocupación: Estudiante
Materia:
Química
Estudios de Preparatoria: Centro Escolar Atoyac
Estudios Universitarios: Unidad Profesional Interdisciplinaria de
Ingeniería y Ciencias
sociales y Administrativas (UPIICSA) del Instituto
Politécnico Nacional (I.P.N.)
Ciudad de Origen: México,
Distrito Federal
Fecha de elaboración e investigación: 25 de Octubre
del 2002
Profesor que revisó trabajo: López Estévez
Carlos (Catedráticoa de la U.P.I.I.C.S.A.)
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