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Soluciones flexibles

14 ago 2019

Fundamentos de extrusión por soplado - Parte 2

 

 

Polietileno de baja densidad (LDPE)

El polietileno a menudo se clasifica por su densidad, una medida de la masa por unidad de volumen (por ejemplo, g / cm 3 o lb / in 3). Cuando cualquier tipo de polímero se enfría desde el estado de fusión, algunas de las cadenas pueden organizarse en regiones cristalinas más densas y altamente ordenadas (Fig. 1.1).

Fig. 1.1

Fig. 1.1 Molécula de LDPE

Esta ocurrirá con secciones de moléculas que poseen patrones largos y repetitivos. En las secciones que contienen patrones irregulares, como los puntos de ramificación o los extremos de la cadena, la cristalización no se produce y estas regiones se llaman amorfas (desordenadas). Algunos polímeros, como el poliestireno comercial, son completamente amorfos debido al impedimento de la estructura molecular completa a la cristalización.

El polietileno de baja densidad (LDPE) se sintetiza de tal manera que se forma un polímero altamente ramificado. Consiste en ramas de cadena corta (menos de seis átomos de carbono de longitud) y ramas de cadena larga (casi tan largas como la longitud de la columna vertebral). Los puntos de ramificación a lo largo de la cadena sirven como interrupciones del orden del sistema y evitan la cristalización local. El menor nivel de cristalinidad da como resultado una menor densidad. El LDPE está generalmente en el rango de densidad de 0.91 a 0.93 g / cm 3.

El LDPE tiende a ser relativamente fácil de procesar. Comparado con otros grados de PE, se funde a una temperatura relativamente baja (220 a 240 ° F, 105 a 115 ° C) y no requiere tanta potencia del motor del extrusor. Los grados de película soplada LDPE son moderadamente altos en viscosidad, pero el amplio rango de ramificación produce una ventana de procesamiento bastante amplia y una alta resistencia en estado fundido en la burbuja. Esto conduce a una burbuja estable que se puede ejecutar con una altura baja de la línea de congelamiento (frost line) (burbuja de bolsillo, o forma de tazón o pera, Fig. 1.2). El LDPE sella muy fácilmente.

Fig 1.2

Fig 1.2 Dos tipos de burbujas de película soplada

Las propiedades de la película soplada de LDPE se pueden caracterizar como resistentes y flexibles. La tenacidad se deriva de una buena combinación de resistencia y elongación, particularmente cuando se procesa con una orientación alta de la máquina y en dirección transversal. La flexibilidad resulta del bajo contenido de cristales. Las bolsas de LDPE brindan una sensación suave en comparación con la sensación rígida de las bolsas de HDPE. Sin embargo, el LDPE no es tan rígido ni tan fuerte como el HDPE.

Polietileno de alta densidad (HDPE)

El polietileno de alta densidad (HDPE) se sintetiza mediante un método muy diferente al utilizado para el LDPE. Como resultado, se producen cadenas muy lineales. De hecho, el HDPE generalmente se polimeriza con una pequeña cantidad de comonómero que conduce a unas pocas ramificaciones de cadena corta colocadas intencionalmente a lo largo de la cadena principal para que el polímero sea más fácil de procesar (Fig. 1.3). Un alto grado de linealidad da como resultado un alto porcentaje de cristalinidad (es decir, alta densidad). El HDPE está generalmente en el rango de densidad de 0.93 a 0.96 g / cm 3.

El procesamiento de HDPE es algo diferente al procesamiento de LDPE. Debido a su mayor grado de cristalinidad y una estructura molecular más consistente, el HDPE se funde a una temperatura más alta (265 a 275 ° F, 130 a 135 ° C) y tiene una ventana de procesamiento más estrecha. También requiere un mayor torque, por lo tanto, más potencia del motor. Para promover una buena alimentación de sólidos a través de una alta fricción entre barriles / pellets, a menudo se utilizan gargantas de alimentación ranuradas.

Fig. 1.3

Figura 1.3 Representación esquemática de una molécula de HDPE que muestra una alta linealidad comparada con la molécula de LDPE

Una de las diferencias más obvias entre el procesamiento de HDPE y LDPE es que el HDPE generalmente se ejecuta con una altura de línea de congelación alta (forma de tallo largo o copa de vino, ver Fig. 1.2). La altura de la línea de congelación generalmente es del orden de ocho a diez veces el diámetro del troquel. El HDPE tiende a tener una menor resistencia al derretimiento que el LDPE, por lo que la estabilidad de la burbuja puede ser un problema mayor. Al retrasar el estiramiento transversal de la burbuja hasta que la masa fundida se enfríe (es decir, tiene una línea de alta congelación), la burbuja permanece más estable.

El HDPE tiene una alta resistencia y rigidez entre los grados de polietileno. Como resultado, hay un progreso continuo en el área de reducir el grosor de los productos de película de HDPE (reducción de caudal). Además, el HDPE tiene propiedades de barrera razonablemente buenas (resistencia a la permeación de los gases) debido a su alta cristalinidad.

Polietileno lineal de baja densidad (LLDPE)

El polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) es una variación del HDPE. Se sintetiza de manera similar, pero el LLDPE tiene un contenido mucho mayor de comonómero, como hexeno u octeno. La incorporación de comonómero en la cadena produce ramas de cadena corta de una longitud específica (Fig. 1.4). Al controlar la cantidad de puntos de ramificación a través del contenido de comonómero, se puede controlar el grado de cristalinidad, por lo tanto, la densidad. Las variantes de LLDPE se conocen como polietileno de muy baja densidad (VLDPE) y polietileno de ultra baja densidad (ULDPE). La densidad de LLDPE está generalmente en el rango de 0,88 a 0,93 g / cm 3.

Con respecto al procesamiento, el LLDPE es algo así como una bolsa mixta (temperatura de fusión = 240 a 260 ° F, 115 a 125 ° C). Dentro de la extrusora, se desempeña de manera similar al HDPE, lo que requiere un mayor par de torsión y, a menudo, emplea una garganta de alimentación ranurada. Sin embargo, fuera de la matriz, generalmente se procesa con una burbuja de bolsillo como LDPE, aunque la resistencia del fundido tiende a ser menor que la de LDPE. Esto se maneja usando un anillo de aire de doble labio que estabiliza aerodinámicamente la burbuja mientras proporciona un alto volumen de aire de enfriamiento.

Las propiedades de estado sólido de LLDPE también reflejan una combinación de las de HDPE y LDPE. Su fuerza es mayor que la del LDPE, acercándose a la del HDPE. Sin embargo, tiene la sensación de suavidad y menor rigidez del LDPE.

Fig. 1.4

Figura 1.4 Representación esquemática de una molécula de LLDPE que muestra una alta linealidad con ramificación de cadena corta

Polietileno metaloceno (mPE)

El polietileno de metaloceno (mPE) es una amplia clase de polímeros hechos de etileno que se sintetizan utilizando catalizadores de metaloceno durante el proceso de polimerización. También conocida como tecnología de catalizador de geometría restringida y tecnología de catalizador de sitio único (single-sitecatalyst), esta técnica relativamente nueva proporciona un control muy preciso sobre la estructura molecular, lo que permite al químico diseñar con precisión una amplia clase de tipos de polietileno basados en la longitud de la cadena, la distribución de la longitud de la cadena y la ramificación estructura.

Si bien los materiales mPE son muy parecidos a otros grados de PE, se pueden producir con una amplia gama de propiedades. Uno de los beneficios clave de la propiedad es la capacidad de sintetizar grados muy suaves y flexibles. Éstos brindan algunas oportunidades interesantes para los productos de la película final, pero un material de alimentación que se deforma fácilmente y se funde rápidamente requiere algunas modificaciones del proceso.

 

En el próximo blog  terminaremos de estudiar los materiales utilizados en soplado; para luego continuar con los aditivos, cuya mezcla es muy importante para el procesamiento de las resinas, reitero nuevamente que 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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YAMILCA GOROSTIAGA
27 de agosto de 2019 a las 10:22

Ingeniero, entiendo que los PE lineales como el metaloceno, octeno y hexeno tienen mejores propiedades de sellabilidad, transparencia y cristalinidad por lo cual yo lo uso en una composicion aproximada de 30 a 40% con uno de baja densidad convencional en un 60 - 70%, en caso de usar un PE lineal buteno este porcentaje deberá incrementarse?

WILMER
27 de agosto de 2019 a las 12:13

Hola Yamilca, Son suficiente los mismos porcentajes que ya vienes utilizando. Atte Wilmer