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Soluciones flexibles

11 oct 2016

¿Cómo evitar y solucionar las arrugas en el proceso de laminación?

Continuando con el tema de los defectos de la laminación, existen dos defectos donde debemos profundizar para así tener un mayor entendimiento y capacidad de solución: las arrugas y el telescopeo por influencia del adhesivo. Nos concentraremos en las arrugas.

Las arrugas son una fuente común de desperdicio en el manejo y embobinado de películas. La clave para reducir las arrugas está en comprender sus fuentes y mecanismos. Ellas son defectos visibles que nos proveen pistas de acuerdo a su mecanismo subyacente por su localización, forma y dirección.

A continuación, podemos ver un resumen de las fuentes de las arrugas, formas para identificarlas a través de pruebas o pistas visuales, y algunas soluciones para cada una.

 

¿Por qué la planitud es importante?
Teniendo en cuenta que las máquinas de conversión, incluyendo las laminadoras, están disenadas para tensionar las pelí­culas o materiales entre los rodillos, los procesos esperan un material plano y, lo mismo que las máquinas empacadoras donde normalmente van los rollos laminados, esperan materiales planos o sin deformaciones.

Existen algunos aspectos donde la planitud de un material es requerida:

  • Se espera que el material tome la forma de la superficie de los rodillos y permanezca cerca de la tangente rodillo/rodillo.

  • El material debe estar plano antes de entrar a rodillos donde hay un NIP, o a un rodillo rebobinador.

  • Para evitar bordes desalineados durante el recubrimiento, laminación o embobinado, el material debe mantener su ancho completo.

  • Para asegurar un ancho de corte consistente y sin que se rompan los refiles, el material debe estar tensionado al entrar a las cuchillas.

  • Para asegurar mediciones en línea de las propiedades del material, ya sea utilizando medidores capacitivos u ópticos.

Durante nuestro análisis se mencionarán tres términos importantes que se relacionan con no planitud: canales, arrugas y pliegues. Un canal (trough en inglés) es una deformación transitoria del material que aparece entre rodillos. Una arruga (wrinkle en inglés) es una porción del material que no se acomoda a la superficie del rodillo. Un pliegue (crease en inglés) es una marca visual permanente dejada por una arruga formada en un rodillo.

Las arrugas pueden ser evitadas. Entender las arrugas se basa en mecánica simple. El material es un amplificador de las imperfecciones que se encuentran en la línea. Muchas de las fuentes de las arrugas son invisibles al ojo humano. Sin embargo, aunque la causa de la arruga es invisible, la respuesta del material a la fuente es normalmente visible, y una herramienta de diagnóstico excelente. Observando la posición de la arruga, su movimiento, y algunas características, podemos analizarla y encontrar su más probable fuente o causa. Entendiendo los mecanismos y su dependencia respecto a la fricción, longitud del tramo, tensión y geometría del rodillo, normalmente nos sirve para solucionar un problema de arruga sin equipos especiales.

 

Cómo se hace una arruga
Existen cuatro mecanismos y diez fuentes que producen arrugas en un material. Estos cuatro mecanismos son el producto de la fuente de la arruga, más la suficiente fricción para mantener el material en su forma deformada. Esta es una primera etapa para entender las arrugas, debe haber siempre una fricción disponible para mantener el material deformado, en esa forma. Si usted quita la fricción la arruga no se formará.

Los cuatro mecanismos y fuentes mencionados son: Esfuerzo cortante, tracción, expansión, y variación en la alimentación (Ver Figura 1).

 

Figura 1

Figura 1

 

La siguiente tabla muestra, en más detalle, la correlación entre el mecanismo y la fuente:

 

MECANISMO / FUENTE DESCRIPCIÓN SÍNTOMAS
1. Esfuerzo cortante / desalineamiento Arruga en dirección de la máquina, debido a un error en la nivelación o a no paralelismo entre dos rodillos. Canales en ángulo y arrugas moviéndose del lado corto al largo del material.
2. Esfuerzo cortante / movimiento lateral Excesiva flexión entre rodillos. Canales en ángulo y arrugas moviéndose del lado corto al largo del material.
3. Tracción / variación de diámetro Protuberancia en el centro de un rodillo de tracción, o rodillo cóncavo en el centro. Marcas y arrugas localizadas en el centro del material. Se forman diagonalmente desde ambos lados hacia el centro en forma de flecha.
4. Tracción / centro destemplado Un centro destemplado tracciona el material hacia las líneas de mayor longitud. Marcas y arrugas localizadas en el centro del material. Se forman diagonalmente desde ambos lados hacia el centro en forma de flecha.
5. Tracción / expansión antes de rodillo Material se expande antes de entrar a un rodillo, puede ocurrir en papeles por humedad o en aluminio debido al calor, o por recuperación en materiales visco elásticos al ir de alta a baja tensión. Marcas y arrugas localizadas en el centro del material. Se forman diagonalmente desde ambos lados hacia el centro en forma de flecha.
7. Expansión / en el rodillo Cuando el material se expande en el rodillo mientras está restringido por la fricción del rodillo, formando arrugas. La expansión puede ser por tensión o aspectos térmicos. Arrugas igualmente separadas, a corta distancia en el rodillo, no se ven canales ni otras deformaciones.
8. Variaciones en la alimentación / material destemplado Material destemplado (no uniforme) o nip no uniforme. Canales en CD, a intervalos regulares.
9. Variaciones en la alimentación / delaminación Cuando un laminado se dobla alrededor de un rodillo, la capa más externa rota a mayor velocidad que la interna, de tal forma que la interface del laminado soporta esta carga diferencial. Pliegues capa interna del laminado por baja adherencia en CD.
10. Variaciones en la alimentación / burbujas en el laminado Muchos laminados tienen burbujas en su interface y cuando envuelven un rodillo, la capa superior presiona las burbujas ocasionando que estas burbujas se plieguen al entrar en el NIP. Pliegues CD o MD.

 

Soluciones
La mejor aproximación para reducir el desperdicio por arrugas es entender los mecanismos y sus fuentes. Entendiendo solo la causa subyacente, la mejor y más simple solución puede ser encontrada.

Las arrugas necesitan tracción entre el material y los rodillos para que el material sea forzado a deformarse. Reducir la tracción es comúnmente la forma mas fácil para reducir las arrugas. La tracción es una función de la tensión, ángulo de arropamiento, ancho del material (si la tensión es proporcional al ancho), y al coeficiente de tracción entre el material y los rodillos. Por lo tanto, para reducir la sensibilidad a las arrugas, evite rodillos con un ángulo grande de arropamiento, y superficies con alta tracción.

Las arrugas por esfuerzo cortante (shear) y tracción (tracking) son dependientes de la distancia entre los rodillos. Las arrugas por esfuerzo cortante son peores en la medida en que la longitud sea 0,7 veces el ancho del material. Por lo tanto, espacios grandes y cortos entre rodillos pueden reducir la sensibilidad a las arrugas. Las arrugas por transporte son dependientes de la flexión lateral del material, por lo tanto, hay que evitar grandes separaciones entre rodillos.

Finalmente, existen muchos disenos de rodillos, muchos patentados, con la intención de evitar arrugas, usualmente con mecanismo para esparcir o expandir el material. Muchos de estos son efectivos, sin embargo estos deben ser aplicados cuidadosamente para evitar costos innecesarios y crear más inestabilidad en el sistema.

 

Conclusiones

  1. Los materiales son estructuras mecánicas.

  2. Los esfuerzos de compresión causan arrugas en el material.

  3. Las arrugas resultan de uno de estos cuatro mecanismos: esfuerzo cortante, tracción, expansión y variaciones en la alimentación.

  4. Optimizar la distancia entre rodillos o la fricción entre rodillos y material puede eliminar las arrugas.

  5. Entender el mecanismo de la arruga conduce a la solución más simple.

En el próximo post trataremos el defecto de telescopeo ocasionado por los adhesivos. Ese extrano fenómeno que ocurre en las bobinas o rollos que, a pesar de embobinarse correctamente, con el pasar del tiempo se van desplazando o telescopeando lateralmente sin existir una aparente razón, con estos dos temas daremos por terminado el capítulo de fallas y defectos de laminación.

 

¡Hasta pronto!

 


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