Producción química: El mundo de los plásticos (página 2)

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

1. 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.

1. 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.

1. Elementos Posteriores al Enfriamiento

2. 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.

3. Equipos de Corte
4. 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.

1. Flujos Separados Dentro del Cabezal y Unión Externa

2. 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.

3. Flujos Separados dentro del Cabezal y Unión Antes de Salir
4. 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

10. Recubrimiento de cable

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.

1. 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

1. 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.

1. 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

1. Compounding de Polímeros de Estireno

2. 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.

3. 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.

11. Soplado

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.)