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Soluciones flexibles

22 jul 2019

Fundamentos de extrusión por soplado - Parte 1

Introducción

La extrusión de película soplada es uno de los métodos de procesamiento de polímeros más importantes. Varios miles de millones de libras de polímero, principalmente polietileno, se procesan anualmente con esta técnica. Si bien algunas aplicaciones para películas sopladas son bastante complejas, algunos de los productos fabricados en equipos de películas sopladas se utilizan en aplicaciones de productos básicos con márgenes de rentabilidad bajos: bolsas de comestibles, bolsas de basura, pero también películas para aplicaciones específicas más complejas como por ejemplo para empaques flexibles. En consecuencia, se han desarrollado hardware sofisticado, materiales y métodos de procesamiento para producir una película a tasas de producción muy altas con una variación dimensional baja y propiedades de estado sólido consistentes.

Aspectos importantes

1. La química de los polímeros y la estructura molecular son vitales para establecer las propiedades de la película, pero la geometría de la burbuja que resulta de las condiciones de procesamiento también es muy importante. La orientación molecular y la estructura cristalina, controladas por las dimensiones de las burbujas, afectan propiedades como la resistencia a la tracción, la resistencia al impacto y la claridad.

2. Como proceso de fabricación, la película soplada es algo única, incluso en comparación con otros procesos de extrusión. El polímero fundido generalmente sale del dado verticalmente en forma de una burbuja de extrusión libre que alcanza alturas de 50 pies (15 metros) o más (Fig. 1). Las guías que rodean la burbuja pueden limitar su movilidad, pero aún está bastante expuesta a la variación dimensional en comparación con el extruido fijo en la mayoría de los otros procesos de extrusión, que utilizan calibradores de vacío u otras técnicas. Dependiendo de las condiciones de procesamiento, la burbuja de la película soplada tiene una libertad de forma que permite casi cualquier número de perfiles dentro de un rango diseñado. Los operadores deben tener un nivel de habilidad relativamente alto para obtener con precisión la geometría de burbuja requerida (es decir, la forma que resulta en las dimensiones y propiedades del producto especificadas).

Fig.1 Imagen de una coextrusora por soplado y línea básica de soplado

Fig.1 Imagen de una coextrusora por soplado y línea básica de soplado

3. La fuerte interdependencia de las variables del proceso es otro aspecto del proceso que requiere un alto nivel de habilidad del operador que ha conducido a grandes avances en las técnicas de medición y control. Existen muchas variables de proceso (velocidad del tornillo, velocidad de nip, volumen de aire de burbuja interna y velocidad de enfriamiento (altura de la línea de enfriamiento) que influyen en la geometría de la burbuja y, como resultado, las propiedades de la película; las anteriores variables las estaremos revisando a través de los blogs siguientes.

Un ajuste a cualquiera de estas variables  produce un cambio en varias características geométricas de la burbuja. Por ejemplo, un operador puede tener la intención de disminuir el espesor de la película al aumentar la velocidad de compresión; sin embargo, si no se modifica ningún otro control, este ajuste también creará un aumento tanto en la altura de la línea de enfriamiento como en el ancho de la película. Por lo tanto, el operador competente es consciente de la influencia de cada variable de proceso en todas las características geométricas de la burbuja y puede controlar más de una característica a la vez.

Desde el hardware y los materiales hasta el procesamiento y las propiedades, los siguientes blogs están destinados a proporcionar una comprensión completa de la extrusión de película soplada a través de un útil equilibrio entre teoría y práctica. En este blog se incluyen las respuestas a por qué los efectos se comportan de la forma como lo hacen en el proceso de película soplada, para que usted pueda mejorar su capacidad de solucionar problemas y mejorar los sistemas. Al mismo tiempo, se enfatizan las prácticas y los equipos actuales para mantener a los lectores actualizados con la tecnología más productiva y eficiente.

Materiales utilizados en película para soplado

Este capítulo cubre los diversos materiales extruidos por el proceso de película soplada. Se divide en dos grandes categorías: polímeros y aditivos. Muchos tipos de polímeros se extruyen en película soplada, pero muchos de los diversos grados de polietileno constituyen la gran mayoría. Los aditivos se usan en la mayoría de las operaciones para proporcionar beneficios de apariencia, características físicasy costos.

Para cualquier producto, es el conjunto de propiedades deseado, el que determina el mejor material para la aplicación. Las propiedades más importantes, como las físicas, mecánicas, ópticas, térmicas y eléctricas, proporcionan el ajuste para el uso en el producto final. Además de las propiedades finales del producto , las propiedades de procesamiento también son muy importantes en la selección del material. La facilidad de procesamiento en la película soplada puede ser descrita por características tales como una buena estabilidad térmica, alta resistencia del fundido (fuera del dado), presiones razonables de cabeza y ninguna fractura del fundido (imperfecciones de la superficie de la película).

Los productos requieren una combinación de rendimiento, procesamiento y costo que hacen al polietileno (PE) el polímero ideal para la mayoría de las aplicaciones. Es ligero, resistente al agua, tiene un buen equilibrio de fuerza y ​​flexibilidad, y puede proporcionar cierta claridad. El PE es fácil de extruir y sellar por calor y, quizás lo más importante, es de bajo costo. Además de estas propiedades generales,el PE, es un polímero que se conoce muy bien científicamente, lo que permite técnicas de polimerización que pueden diseñarse y controlarse para producir valores de propiedad específicos en un rango muy amplio. Es decir, se pueden producir tipos de PE que son mucho más fuertes que el promedio, o más claras, o mucho más flexibles, y así sucesivamente.

Dentro de la amplia familia del polietileno, hay varios tipos que encuentran aplicación en la película soplada. Hay, sin embargo, otros polímeros utilizados también. Mientras que algunos de estos se usan en películas especializadasmonocapa, otros se usan principalmente como parte de películas de capas múltiples coextruidas, donde los extrusores múltiples alimentan un solo dado que combina las diversas corrientes de alimentación en una sola película de múltiples capas. Las siguientes secciones detallan los muchos tipos de polímeros utilizados en la extrusión de película soplada.

1. Polietileno

El polietileno (PE) es el polímero más simple desde el punto de vista químico. Está polimerizado a partir de monómero de etileno y consiste en un esqueleto de cadena de carbono con dos átomos de hidrógeno unidos a cada átomo de carbono (Fig. 1.1). Las moléculas individuales, o cadenas, pueden ser tan largas como cientos de decenas de miles de átomos de carbono. Las cadenas de PE pueden ser muy lineales o ramificadas, dependiendo de cómo se sintetizó el polímero. Existen muchas técnicas de síntesis para el polietileno

Fig. 1.1 Parte de una molécula de polietileno

Fig. 1.1 Parte de una molécula de polietileno

Los métodos de procesamiento de películas sopladas para PE varían algo dependiendo del grado. Las diferencias serán discutidas en las siguientes secciones. Sin embargo, una similitud importante es que todos los grados de PE tienen un alto valor de calor específico. El calor específico es una medida de la energía requerida para elevar una masa unitaria de material en un grado de temperatura. Si un polímero tiene un alto valor de calor específico, esto significa que la eliminación de calor de la masa fundida es relativamente lenta. El PE tiene un calor específico de aproximadamente 2 kJ / kg • K en comparación con aproximadamente 1 kJ / kg • K para la mayoría de los otros polímeros. Esta es la razón por la cual las torres de enfriamiento para polietileno soplado son muy altas. Se necesita tiempo para eliminar el calor suficiente de las dos capas que pasan a través de los rodillos de compresión para evitar que se peguen entre sí (a veces se denomina bloqueo).

En el próximo blog continuaremos estudiando los materiales utilizados en soplado; es importante entender y conocer las diferencias específicas de los materiales utilizados antes de ver detalles del equipo, sus partes y los análisis de falla. ¡¡¡Hasta la próxima!!!.


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nicolas
18 de mayo de 2020 a las 17:42

Ingeniero buenas tardes, formo parte de una empresa de envases flexibles y estamos interesados en resibir asesoramiento suyo, por favor podria brindarnos un mail para poder contactarnos con usted! Muchas gracias!

WILMER SAAVEDRA CHACIN
19 de mayo de 2020 a las 13:41

Hola Nicolás, Gracias por contactarme, mi correo es wilmersaavedra1@gmail.com y/o wsaavedra@flexibleps.com , igual estoy escribiendo a tu email. Atte Wilmer

iran
28 de febrero de 2020 a las 15:39

Buen dia wilmer. sabe estoy trabajando en una fabrica papelera y quisieramos ver la manera si es posible que usted de cursos sobre los problemas que se presentan en este blog. gracias por la informacion

WILMER SAAVEDRA CHACIN
05 de marzo de 2020 a las 06:08

Hola Iran, Si es posible, y parte de mi trabajo para transmitir el conocimiento a las personas, de lo que escribo, tendrías solo que comentarme los temas de interés. Vía e-mail, te estoy enviando una presentación con mi portafolio de productos y mi resumé para tu información . Atte Wilmer

YAMILCA GOROSTIAGA
13 de septiembre de 2019 a las 11:57

Ingeniero una consulta, en el caso de una extrusion blow film de PE, la lámina que obtenemos es mono o biorietada??

WILMER
13 de septiembre de 2019 a las 12:44

Yamilca, Realmente es biorientada, tanto en dirección de máquina como transversalmente; cuánto en un sentido y en otro? depende de la relación de soplado. Atte Wilmer

YAMILCA GOROSTIAGA
21 de septiembre de 2019 a las 07:50

Gracias por la aclaración y una consulta mas aunque aun no hemos hablado de PP, un PP cast es monoorientado verdad cual seria la principal diferencia con un PP biorientado ??

WILMER
22 de septiembre de 2019 a las 07:09

Buenos días Yamilca, El CPP no es biorientado en ambas direcciones, como si lo es el BOPP. El CPP es levemente orientado en la dirección de la máquina, durante su fabricación. Dependiendo del grado de resina de PP, la película puede ser rasgada, pero es extremadamente resistente al rasgado aúnque se le haga un "notch"(inicio de rasgado). El BOPP , en cambio, es altamente orientado en ambas direcciones, y cuando tiene "notch" rasga fácilmente en ambas direcciones. E l CPP es blando como el polietileno o el PVC, el BOPP es más rígido; el BOPP tiene mejores propiedades de barrera al vapor de agua y oxigeno. Atte Wilmer