Novedades para coextrusión de películas plásticas

Hoy en día, cerca del 25 por ciento de los bienes de consumo masivo están contenidos en empaques flexibles, los cuales continúan reemplazando a los empaques rígidos y a otros tipos de empaque basados en materiales como el vidrio, el aluminio o el cartón. Se estima que la demanda de empaques flexibles sólo en Estados Unidos crecerá 2,4 por ciento, cerca de 6,8 billones de libras en el 2008, para sumar un total de US$14 billones [2]. La demanda será soportada por las ventajas que otorga este tipo de empaques en términos de costos, versatilidad, estética, conveniencia y capacidad de reducción en la fuente. Las películas plásticas continuarán extendiendo su liderazgo, basadas en las aplicaciones extensivas y en la disponibilidad de mejores materiales. Vea cuáles son los equipos disponibles para su fabricación y cuáles son sus ventajas.

Líneas de extrusión de película soplada
Reifenhäuser lanzó una línea de película soplada de tres capas. La línea Filmtec 3-1700 IBC está equipada con tres extrusoras sin cajas de engranajes REItorque, las cuales consumen menos energía y espacio de planta. El sistema se complementa con un cabezal de soplado de tres capas que permite el logro de buenas tolerancias, una cesta calibradora en una versión que acopla conducción de aire comprimido sin la necesidad de utilización de sopladores, y un sistema de reversión estable con barras de giro microporosas, las cuales aseguran junto con el bobinador UFA III, un seguimiento sin contacto y libre de arrugas de películas pegajosas o de difícil manejo.

Por su parte, Windmöller & Hölscher (W&H) presentó su línea Varex de soplado de película. La compañía también ofrece extrusoras de accionamiento directo, que no utilizan cajas reductoras de engranajes, permiten usar la energía de forma más eficiente, menores frecuencias de mantenimiento, y una menor ocupación del espacio de la planta.

Por otro lado, las nuevas líneas de película soplada de Kiefel combinan tecnología sofisticada de proceso con automatización dedicada a los requerimientos de la aplicación. La compañía ofrece una línea de 3 capas que cuenta con manejo mejorado de las resinas residuales en el transportador por vacío, así como con modernas unidades de dosificación gravimétrica que utilizan motores de rango variable. Ambos elementos de la línea de extrusión modular pueden ser fácilmente ajustados y controlados a través del software KIRION® C.

Así mismo, la empresa italiana Tecom-Plastimac desarrolló una línea de coextrusión de tres capas. Se trata de la MB COEX 35-40-35/1100 para películas de resinas poliolefínicas o metalocénicas en HDPE/LDPE/LLDPE. Este es un equipo de 1.100 mm de ancho, alimentación forzada, tornillo de extrusión de 40 mm de diámetro y barril en aleación de acero bimetálico resistente al desgaste. A esta nueva máquina se suman dos extrusoras laterales de alimentación tradicional, con tornillos de 35 mm de diámetro y barriles en acero nitrurado. El sistema posee un cabezal fijo de extrusión de 3 capas, con un sistema de alimentación lateral a través de tres distribuidores en espiral. La ayuda de un software de simulación de flujo permitió el logro de volúmenes reducidos de los canales internos, bajas presiones de trabajo, tiempos de residencia cortos y una distribución homogénea de las capas.

Otra compañía italiana, Macchi, introdujo el concepto de incorporar tres extrusoras sobre una plataforma única, en un diseño compacto. La recientemente desarrollada plataforma tamaño 6 consiste de 2 extrusoras de 80 mm de diámetro y una extrusora de 100 mm de diámetro equipada con un dado de 500 mm, capaz de producir más de 900kg/h en una estructura basada en LDPE. El incremento en la producción se obtiene mediante un diseño innovador del perfil del tornillo y el desarrollo del anillo de aire de alta capacidad C-Max.

Además, Battenfeld Gloucester dio a conocer una nueva unidad de orientación en la dirección de la máquina (MDO, Machine-Direction Orientation), la cual provee mejoras para las películas de polietileno. Las ventajas incluyen la posibilidad de reducir el espesor, sin grandes alteraciones en las propiedades mecánicas y de barrera de la película. También permite el logro de una mayor economía al reducir el consumo de resinas y la habilidad de generar estructuras microporosas, que pueden ser utilizadas en películas "respirables", y en otras aplicaciones especiales. El proceso incrementa la longitud de la película de cuatro a cinco veces su longitud original. La unidad trabaja con anchos de película de hasta 1.971mm, y razones de halado de 3:1 y 4:1.

Cabezales de soplado
La tendencia observada en los cabezales de soplado es la utilización de software de simulación para el diseño de los canales de flujo de la masa fundida. Se buscan tiempos cortos de residencia y la eliminación de puntos de estancamiento del flujo para asegurar la no degradación del material, y una más fácil purga en el recambio de materiales. Los cabezales de múltiples capas se han vuelto un tema obligado cuando se requieren estructuras de alta barrera para aplicaciones de conservación de alimentos.

La línea Varex de W&H cuenta con el nuevo cabezal de soplado Maxicone para la producción de películas de barrera anchas y complejas. Este cabezal posee un diseño compacto con caminos de flujo de masa fundida extremadamente cortos, lo cual garantiza tiempos de residencia reducidos. Combina la eliminación de "zonas muertas" de flujo y perdidas de presión mínimas. Según afirma W&H, uno de sus clientes ha reportado una reducción del 80% en el tiempo de cambio, empleando el cabezal de soplado Maxicone.

Por su parte, Reifenhäuser lanzó un cabezal de soplado de 7 capas con el sistema de distribución horizontal HDS (horizontal distribution system), el cual posee canales de fundido optimizados reológicamente. Estas características amplían el espectro de estructuras de barrera y acortan los tiempos de recambio de material. El cabezal posee una baja altura de construcción (1.400mm), y logra tolerancias exactas tanto para las capas sencillas, como para el espesor total de la película. El dado sin pernos UltraLock permite apertura y mantenimiento del dado mientras permanece en línea, utilizando un sistema especial de elevación de la parte alta del cabezal.

Extrusion Dies Industries (EDI) reemplazó el concepto de los dados de extrusión sin tuercas de amarre, con un sistema mecánico de ajuste y desajuste que libera las dos mitades del dado con gran facilidad hace tres años. Este avance contribuyó desde entonces a la reducción de los tiempos de mantenimiento y limpieza porque además no ha habido necesidad de extraer el dado de la línea para llevar a cabo estas actividades. Recientemente, EDI presentó una mejora al concepto y la denominó UltraLock. Se trata de un dado sin tuercas de amarre, que es aún más amigable con los operarios porque permite levantar el cuerpo superior del dado empleando un taladro estándar. El operario aplica el taladro en un extremo de un eje horizontal, que a su vez gira varios ejes verticales encargados de elevar la parte superior del dado. De esta manera también se elimina el uso de una grúa externa para realizar la operación. EDI considera que este nuevo sistema permite una acción de mantenimiento y limpieza más rápida y segura.

De otro lado, Brampton Engineering exhibió el cabezal SCD-3. Es un cabezal modular de coextrusión que permite una excelente calidad del perfil de espesores, aislamiento de temperatura entre capas y estabilidad interfacial para una amplia variedad de polímeros. El cabezal posee canales de flujo con acabados suaves, lo cual evita puntos muertos y degradación del material. El SCD posee una pequeña área en contacto con el polímero y otorga tiempos de residencia cortos, y una operación de purga más rápida y económica. El aislamiento de temperatura entre módulos es una característica única del cabezal y permite que cada capa sea procesada a la temperatura ideal del material, logrando diferencias de temperatura entre las capas de hasta 40ºC. El concepto modular hace fácil la limpieza, ya que todos los canales de flujo quedan expuestos al abrir el cabezal.

La última versión del dado Lo-Pak de Davis Standard incorpora un diseño único de tasa de corte, que reduce el tiempo de residencia y el área superficial en contacto con el polímero. Este diseño posee tasas de esfuerzo cortante controladas en las áreas críticas de confluencia y mejora el control, la precisión de los espesores y la consistencia de la película. Los componentes del cuerpo del dado ofrecen transferencia de calor uniforme y una estabilidad dimensional adecuada para las condiciones de proceso. El sistema está diseñado para presiones de entrada de 200 - 270 bares, y se encuentra disponible en diámetros de 200 mm a 900 mm, en modelos de hasta nueve capas. Otra novedad de Davis Standard es el dado Automatic Flex Lip Die 310A, diseñado para producir película cast de PP o PE, así como películas para aplicaciones higiénicas. El control flexible es logrado mediante 167 pernos de expansión térmica. Cada perno es ajustado para regular la apertura del dado y la producción. El dado posee labios especialmente endurecidos para una vida útil prolongada y canal de flujo del tipo "gancho de ropa", diseñado con técnicas computacionales modernas, para asegurar una distribución óptima del polímero.

Por su parte, Battenfeld Gloucester desarrolló un dado de soplado de película de 9 capas para la producción de estructuras de alta barrera a bajo costo. El dado Optiflow LP posee como característica especial su bajo perfil y tiene cerca de la mitad del tamaño de un dado apilado convencional. La menor altura del dado simplifica la instalación, la operación y el mantenimiento. El diseño de mandriles concéntricos, en el cual se tiene un mandril para cada resina y en donde se encajan uno dentro del otro, contribuyó a la reducción de la altura y el peso del dado. Comparado con el diseño tradicional, el Optiflow LP pone en contacto las capas de resina dentro del dado durante un período relativamente corto, reduciendo así las inestabilidades interfaciales. El diseño también contribuye a mejorar el flujo de la resina, reducir los tiempos de residencia, mejorar la calidad de la película e incrementar la productividad.

Anillos de Enfriamiento
Un aspecto básico para alcanzar el máximo rendimiento en la producción es el enfriamiento efectivo de la burbuja de película. Con este objetivo, W&H ofrece el anillo de enfriamiento de dos pisos Multicool D. El anillo garantiza alto rendimiento de enfriamiento, con un chorro de aire de disposición triple, el cual es la base para lograr aumentos extremos en el rendimiento. Adicionalmente, la nueva cesta calibradora Variocage asegura un guiado de banda exacto con mínimas tolerancias en el ancho de la película, garantizando robustez, construcción estable y poca necesidad de mantenimiento. La línea puede procesar películas de hasta 1.600 mm de ancho.

El anillo de aire WesJet™ AutoPro, de Davis Standard, provee control automático del perfil y utiliza un sistema de flujo de aire segmentado para lograr uniformidad en el espesor sin sacrificar el desempeño. El flujo de aire se ajusta a través de un conjunto de actuadores motorizados para controlar los puntos más gruesos y los más delgados. Este sistema reemplaza el antiguo método de calentar por segmentos el labio del dado. Un sensor de perfil se encarga de la medición del espesor de la película, localizando y siguiendo automáticamente la superficie de la burbuja. Los datos se muestran en forma gráfica y tabulada, incluyendo mínimos y máximos, desviación del espesor, variación 2 sigma y velocidad de la línea. Otras ventajas incluyen construcción en aluminio, estabilidad consistente de la burbuja a altos volúmenes de aire, capacidades oscilantes para dados rotantes u oscilantes, y configuración de labio dual.

Equipos periféricos
Uno de los desarrollos más importantes que Kiefel presentó en la feria K es el nuevo sistema de halado para película soplada. El sistema ha sido rediseñado para trabajar con películas hasta de 3.600mm de ancho plegado. El ensamble de rodillos haladores está acoplado a un plato rotatorio sólido, construido a partir de un diseño robusto para asegurar la mayor estabilidad mecánica posible.

El sistema de halado oscilante Kirion T permite un ángulo de doblez de apenas 6,5°, lo cual se logra variando el largo del marco de colapsamiento. Los rodillos del marco, a su vez, cuentan con brochas ubicadas en ángulos especiales; este sistema supera en desempeño a los rodillos de caucho convencionales. La planitud está garantizada incluso para materiales rígidos. El sistema utiliza actuadores servo lineales para operar los marcos colapsadores y las guías laterales con sus posiciones y ajustes controlados por el sistema de automatización KIRION C. Se logra una película totalmente plana, libre de arrugas o rayones. La mínima área de contacto de las escobillas asegura que el material no se adhiera a los rollos durante el colapsamiento El sistema de plegado está coronado con una barra de cambio de dirección, modelo Zerotouch. Su geometría patentada y su recubrimiento basado en teflón evitan el rayado de la película en todo tipo de aplicaciones. Un colchón de aire previene el contacto entre el material de la barra y la película.

El equipo Flexiwind DuT + winder, de la empresa Rajoo de la India, encuentra aplicación en varios procesos en donde es esencial el control preciso de la tensión. El bobinador puede trabajar tres modos diferentes: superficie para PE, centro para PP o Gap para películas rígidas. El equipo posee una planta de extrusión soplado de película de dos capas con un ancho máximo de 1.100 mm y una producción de 150 kg/hora. El sistema posee extrusoras de 60 mm de diámetro y relación L/D de 30 y de 40 mm de diámetro y relación L/D de 26. El bobinador es controlado mediante celda de carga y las extrusoras poseen alimentación gravimétrica de hasta cuatro componentes.

La unidad de reciclaje / repeletizadora Recotrim de  Macchi propuso en la Feria K un sistema de recuperación de los recortes de las películas. Este proceso está justificado económica y ambientalmente. Los recortes de producción de película se recogen en una tolva de acumulación y se alimentan a un extrusor de tornillos dobles corrotantes, donde son fundidos y plastificados. El material pasa por un dado especialmente diseñado para producir los cordones que anteceden a los gránulos. Un sistema de granulación finalmente corta los cordones y los enfría.

Brampton Engineering desarrolló la familia de controladores de espesor de película I-Flex™, la cual incluye un sistema de labio con calentamiento localizado que reduce la migración de calor entre las diferentes zonas, extiende el tiempo de residencia y mantiene un control optimo, a tasas de producción elevadas. El sistema utiliza un PLC para controlar los ciclos de encendido y apagado de las resistencias, asegurando una transferencia de calor consistente en cada zona para la producción de una película plana. Por otro lado, el labio flexible I-Flex utiliza un algoritmo de rápida respuesta que determina el ajuste de espesor que debe hacerse, y en donde actuadores mecánicos distorsionan físicamente el labio del cabezal en cualquiera de los puntos de la circunferencia, proporcionando control de espesor directo y confiable. La familia es complementada por el anillo automático I-Flex, el cual puede instalarse en cualquier línea de soplado de burbuja convencional de una manera simple. Este posee un tiempo de respuesta rápido, que depende principalmente de la velocidad de rotación de la cabeza de medición del espesor.