extrusion de películas y láminas coladas

Extrusión de Películas y Laminas Coladas

Preparado porHéctor Touzet Marín

[email protected]@gmail.comTel 999 638 989

plaen.blogspot.com

Extrusión de película plana usando rodillo de enfriamiento

• IntroducciónIntroducción• Principios generales de extrusión plana de

películaspelículas• Materias primas, tipos de películas,

propiedades y aplicacionespropiedades y aplicaciones• Tecnología de proceso y desempeño de

líneas de extrusión planalíneas de extrusión plana• Líneas de producción

IntroducciónIntroducción • Este es un proceso clásico • Las películas planas son p

de extrusión.• Este proceso es muy

d d

p pmuy usadas en la industria del embalaje y se caracterizan por teneradecuado para

termoplásticos parcialmente cristalinos ya que hace el

caracterizan por tener excelentes propiedades ópticas y dimensionales.

mejor uso de las propiedades de los materiales manteniendo

• El enfriamiento por rodillo permite altas velocidades de producción con bastantemateriales manteniendo

óptimas tolerancias dimensionales.

de producción con bastante influencia sobre la estructura morfológica de la

lí lpelícula.

Principios generalesPrincipios generales• El principio es la formación • Se pueden distinguir las p p

de un fundido que ha sido plastificado y homogenizado en un extrusor en una

p gpelículas planas como sigue:

Película fina: 10 a 50 µen un extrusor, en una superficie plana, enfriándola y estabilizando su

– Película fina: 10 a 50 µ– Película gruesa: 100 a 400 µ– Lámina termoformable: 0.2 a

2 5estructura por medio de un rodillo de contacto y luego rebobinándola en un ancho

2.5 mm

adecuado para el trabajo.

Principios generalesPrincipios generales

• Los dos primeros tipos se producen en líneasLos dos primeros tipos se producen en líneas de rodillo de enfriamiento; las láminas termoformables con mas de 300 um setermoformables con mas de 300 um se producen en líneas especiales en las cuales el contacto con el rodillo de enfriamiento seel contacto con el rodillo de enfriamiento se produce por un rodillo con un espacio o luz definido de pulidodefinido de pulido.

Línea de película plana – principio del rodillo de enfriamientoa extrusor 33D, b unidad de dosificación y mezclado, c filtro, d adaptador, e cabezal de ranura,

La construcción y operación de una línea de colada con rodillo de enfriamiento se puede

f unidad de arrastre, g control de espesor, h tratamiento corona,i unidad oscilante,

ver en la figura.Si se combinan varios extrusores, se pueden obtener películas multicapa.

k unidad de arrastre intermedio, l rebobinador

Línea de extrusión de películas planas – vista esquemática

Sistema de dosificación

Extrusor Unidad de

l d Medición Guía de

Cabezal colada Medición

de espesor bordes Jalador Tratador corona

Rebobinador torreta

Principios generalesPrincipios generales• Para la extrusión de productos • Las láminas y películas planas

termoformables se usan líneas compactas o sistemas de conjunto apilado de pulido tales

l l d l

para termoformado se hacen de SB, ABS, PP y PEAD, y también de PET y PVC usando diseños

i lcomo los empleados para la producción de láminas. La figura siguiente muestra un arreglo estándar para lámina y película

especiales.

estándar para lámina y película termoformable; en este caso se combinan elementos de línea de rodillo frío con sistemas derodillo frío con sistemas de arrastre de láminas.

Línea para la producción de películas termoformables de una y varias capasa extrusor, b adaptador, c cabezal, d rodillos de enfriamiento, e control de espesor, f unidad de arrastre, g refilador de bordes, h rebobinador

http://www.wuh-lengerich.de/es/products/filmex.html

1 Dosificación gravimétrica y control de extrusor 9 Rebobinado1 Dosificación gravimétrica y control de extrusor2 Extrusor3 Sistema de filtración continua4 Cabezal automático, cuchilla de aire5 Rodillo de enfriamiento

9 Rebobinado10 Sistema de manipulación de bobinas

5 Rodillo de enfriamiento6 Control de espesor7 Pretratamiento, enfriamiento posterior8 Refilado de bordes

Principios generalesPrincipios generales

• ExtrusiónExtrusión• Moldeo

E f i i t• Enfriamiento• Rebobinado

ExtrusiónExtrusión • Se usan extrusores de un solo tornillo con longitud g

de cilindro de 27 a 33D. Los tornillos deben estas diseñados para reprocesar refilados generados en la línea Estos tornillos deben estar equipados conlínea. Estos tornillos deben estar equipados con secciones de corte y mezclado para asegurar que el material alimentado esté completamente fundido y p yhomogenizado.

• La relación entre los valores deseados y los reales d t d l ió d t l d l tdentro de la sección de control del extrusor se muestra en la figura siguiente.

DistorsionesFluctuaciones de:Voltaje principalFrecuenciaTemperatura ambientalCaracterísticas físicas y

Parámetros del procesoVelocidad de tornilloRetropresión del cabezalRetropresión del filtroPrograma de temperatura d l ili dCaracterísticas físicas y

químicas de la materia primadel cilindroMaterial

Sección de control del extrusor

V i bl t l d d lVariables controladas del fundidoTemperaturaPresiónViscosidadproducción

Variables controladas auxiliarmente Variables auxiliares

Sistema de control

VariablesEnergía de calentamientoCapacidad de enfriamientoVelocidad de tornilloEnergía de fricción

producción

Valores a alcanzarg

ExtrusiónExtrusión • La zona de alimentación puede • Para procesar materiales

hi ó i SB ABSser lisa o ranurada de acuerdo al tipo de resina a procesar.

• Para controlar adecuadamente el

higroscópicos como SB y ABS, los extrusores deben tener un dispositivo de venteo.

• El PVC en polvo se procesa enfundido se mide la presión y temperatura en el canal de flujo después del tornillo.

• El PVC en polvo se procesa en extrusores de doble tornillo o extrusores mono tornillo en diseño de cascada. En este

• Debido a la larga distancia del canal del fundido entre el extrusor y el cabezal es recomendable

l d táti l

último caso, las operaciones de alimentación, transporte, plastificación y homogenización se realizan bajo óptimasusar mezcladores estático en el

adaptador antes del cabezal para facilitar la homogenización.

se realizan bajo óptimas condiciones en dos extrusores equipados con motores CA separados.

MoldeoEl fundido extruído se

i tconvierte en una forma plana rectangular por medio de un cabezal ranurado, cuya sección transversal se muestra en la figura siguientefigura siguiente.

Cabezal de ranuraa labio flexible, ajustable, b múltiple de distribución, c calentador de cartucho

MoldeoMoldeo

• Para mantener una buena tolerancia dePara mantener una buena tolerancia de espesor a través del ancho de la película, es importante tener las condiciones de flujoimportante tener las condiciones de flujo correctas – el balance geométrico adecuado entre el múltiple y la zona estanca (barraentre el múltiple y la zona estanca (barra restrictora) en adición al ajuste sensible del labio del cabezal y una distribución pareja delabio del cabezal y una distribución pareja de temperatura. Ver figura siguiente.

Múl i lMúltiple

Zona estanca

Área del labio del cabezal

Diagrama del sistema de distribución del fundido (múltiple)Q0 producción a la entrada del cabezal P0 presión a la entrada del cabezal Y0 max longitud de la isla Y(1) longitudQ0 producción a la entrada del cabezal, P0 presión a la entrada del cabezal, Y0 max longitud de la isla, Y(1) longitud de la isla como función de las coordenadas del ancho, I coordenada de ancho, L ancho de la mitad del cabezal, H espacio, Q1 producción como función de la coordenada del ancho, P1 presión el el área del labio del cabezal

MoldeoMoldeo

• El correcto dimensionamiento permite mantener unaEl correcto dimensionamiento permite mantener una producción constante a través del ancho del cabezal para todos los pasos de flujo, con una caída de presión uniforme desde la entrada hasta la salida del cabezal.

• Los materiales diferentes a menudo difieren considerablemente en su comportamiento reológico. Las “curvas de flujo” de cada polímero suministranLas curvas de flujo de cada polímero suministran información sobre su viscosidad a diferentes temperatura de proceso Ver figuratemperatura de proceso. Ver figura.

Curvas de flujos de varios termoplásticos a sus respectivas temperaturas de procesamiento

MoldeoMoldeo• Para coextrusión de • Cabezales múltiples: los

películas planas se usan dos tipos de procesos.El ét d d d t d l

pfundidos son guiados separadamente por múltiples que son• El método de adaptador: las

corrientes de fundido a combinar se unen en un

múltiples que son independientes uno de otro y las capas individuales de fadaptador o caja de

alimentación, antes de entrar en el cabezal y luego

fundido, los cuales son distribuidos a lo ancho del cabezal, son generalmente entrar en el cabezal y luego

se extruyen juntos a través de un cabezal plano

i l

, gjuntados dentro del cabezal antes de salir.

convencional

EnfriamientoEnfriamiento• El perfil transversal de película

d id l b l d• La velocidad de transferencia de

producido en el cabezal ranurado debe solidificarse por enfriamiento. Después de salir del cabezal, el fundido pasa a través

calor entre la película colada y la superficie del rodillo es crítica. Cuando se producen películas de

t i l i l tcabezal, el fundido pasa a través de un espacio corto, donde un alto grado de estiramiento en la dirección de la extrusión, toma l l h t t l

materiales parcialmente cristalinas, la velocidad de enfriamiento sobre el rango de cristalización es de particularlugar; luego hace contacto con el

rodillo de colada donde el enfriamiento a temperatura bajo cero o la del rodillo, toma lugar.

cristalización es de particular importancia ya que esta tiene una considerable influencia sobre las propiedades del producto, g propiedades del producto.

Entalpía específica de varios termoplásticos

La cantidad de calor a extraer de un polímero específico puede determinarse por la relación entredeterminarse por la relación entre la temperatura y la entalpía específica. Ver figura.

Longitud de contacto de enfriamiento, rodillo de colada

Longitud de contacto de enfriamiento, rodillo de enfriamiento

Longitud de contacto de enfriamiento y arreglos de rodillos de colada y enfriamiento en líneas de rodillo fríoa cabezal ranurado o plano, b rodillo de colada, c chaqueta de rodillo, d rodillo de enfriamiento, e agente de enfriamiento, f película, v velocidad, R radio del rodillo, ϕ ángulo de envoltura.

EnfriamientoEnfriamiento

• Cuando se extruye película plana delgada elCuando se extruye película plana delgada, el enfriamiento a temperatura del rodillo ocurre completamente en el rodillo de colada; elcompletamente en el rodillo de colada; el comportamiento de enfriamiento como función del tiempo de contacto se muestra para eldel tiempo de contacto se muestra, para el lado del rodillo y el lado del aire de la película, en la figura siguienteen la figura siguiente.

Curva de enfriamiento de una película planaa temperatura de fundido, b superficie libre, c superficie de contacto del rodillo, d temperatura del rodillo


• La diferencia de temperatura permisible entreLa diferencia de temperatura permisible entre el medio de transferencia térmica entrante y saliente debería ser < 2 ºK Un diagrama desaliente debería ser < 2 K. Un diagrama de un rodillo frío con una unidad de intercambio de calor se muestra en la figura siguientede calor se muestra en la figura siguiente.

Principio del rodillo frío con control de temperaturafl j d li t ió b t d ú l d l dill d lid fl j d t f b b ta flujo de alimentación, b entrada, c núcleo del rodillo, d salida, e flujo de retorno, f bomba, g tanque,

h intercambiador de calor, i entrada de agua de enfriamiento, k salida de agua de enfriamiento, l controlador de tres puntos


• La figura siguiente muestra el comportamientoLa figura siguiente muestra el comportamiento de enfriamiento de una lámina termoformable de PP para dos períodos diferentes dede PP para dos períodos diferentes de contacto en el primer rodillo frío.

Espesor de película PP

Velocidad

Distancia a lo largo de la bobina Distancia a lo largo de la bobina

Enfriamiento de una bobina de película


• La elección correcta de la temperatura delLa elección correcta de la temperatura del rodillo frío y la velocidad de enfriamiento permite obtener una morfología favorable para p g pel proceso de termoformado. Con la longitud de contacto de rodillo correcta se puede bt t t i t li fi jobtener una estructura cristalina fina pareja.

La figura siguiente compara las diferentes estructuras esferulíticas (grados deestructuras esferulíticas (grados de cristalización) obtenidas con enfriamiento rápido y lentorápido y lento.

Efecto del enfriamiento lento (izquierda) y rápido (derecha) en una estructura cristalina de PPEspesor de lámina 1.5 mm, aumento de 250 veces, T fundido: 230ºCp , , fundido

T rodillo frío = 100 ºCdT/dt = 1 k/s

T rodillo frío = 40 ºCdT/dt = 10 k/sdT/dt = 1 k/s

densidad a 20 ºC = 0.905 g/cm3grado de cristalización x = 50 %

dT/dt = 10 k/sdensidad a 20 ºC = 0.891 g/cm3grado de cristalización x = 37 %

RebobinadoRebobinado

• El rebobinado permite almacenar la película enEl rebobinado permite almacenar la película en forma compacta, pero debe hacerse de tal manera que las películas puedan procesarse y utilizarse sin problemas. Básicamente, hay dos métodos: superficial y central.

• Si la película es muy susceptible a la tensión, se usa rebobinado central o una combinación de central y superficialsuperficial.

constante constante

constante constante

constante

Diagrama de métodos de rebobinado de superficie (A) y central (B)F tensión, v velocidad, Md torque, n rpm

El torque Md, aplicado por los motores, es el factor crítico, y la potencia, N, requerida es:es:

N = K Md nN: potenciaMd: torque

l id d d l dilln: velocidad del rodilloK: constante

RebobinadoRebobinado • La velocidad de la película, v, y la

ió d l b bi F• A velocidad y tensión constante,

tensión de la bobina F, son factores importantes, en el proceso de rebobinado. Usando el diámetro del rollo D, se puede

el torque y la velocidad son proporcional e inversamente proporcional al diámetro del rollo

ti tel diámetro del rollo D, se puede calcular el torque Md y la velocidad del rodillo n.

Md = f D/2 ; / D

respectivamente:Md1= Fd1/2; n1= v/πD1

Md2= Fd2/2; n2= v/ πD2

D t l d b bi dn = v/ π Df: tensiónD:diámetrov: velocidad superficial

• Durante el proceso de rebobinado el torque Md1 sigue un curso hiperbólico:

Md= Fv/2np Md= Fv/2n

RebobinadoRebobinado • Si vemos la longitud • En el rebobinado central, la g

rebobinada L, de una película rebobinada con un espesor s diámetro de tuco

relación del diámetro final al diámetro inicial tiene un efecto importante sobre la espesor s, diámetro de tuco

d, y diámetro final D, podemos obtener:

pcalidad del rollo, y es llamado el factor de rebobinado, q:

L = π (D2 – d2)/ 4 s• El número de capas está

dado por el número de

, qq = Dmax / dmin = Rmax / rminTambién:L = π R2 (1 – 1/q2) / sp

vueltas w,:w = (R – r)/s = (D – d)/ 2s

L π R (1 1/q ) / s

Capacidad de almacenamiento de un rollo de película

Curvas de rebobinado con motores CDA) Curva de fuerza de tensión, B) tiempo de referencia de torque

Materias primas, tipos de películas, i d d li ipropiedades y aplicaciones

• Materias primas y dimensiones de producto• Propiedades y aplicaciones de película plana• Propiedades y aplicaciones de película plana

y lámina termoformablePropiedades y campos de aplicación de• Propiedades y campos de aplicación de películas planas coextruídas y lámina termoformabletermoformable

Materias primas y dimensiones de producto

• Los tipos principales de películas y susLos tipos principales de películas y sus dimensiones, las cuales dependen de la aplicación y las operaciones posteriores de p y p pconversión, se ven en la tabla siguiente.

• Las películas planas, usadas para embalaje, p p p jse hacen principalmente de PE, PP Y PA6.

• Las películas y láminas termoformables se p yhacen de PS, ABS, PEAD, PET, PA6 y PC.


• Para hacer películas mono y biorientadas sePara hacer películas mono y biorientadas, se usan PP, PEAD, PET, PA6, PVC, PS.

• Con es fin la extrusión de película plana se• Con es fin, la extrusión de película plana se combina con el proceso de estiramiento.

Tipos y dimensiones principalesTipos y dimensiones principales

Tipo de película µ Anchos, mm

Películas planas, PPL 10 a 50 1200 a 3200

Películas termoformables, PT100 a 400100 a 400400 a 2500

800 a 2200450 a 1600600 a 1400

Películas orientadas, PO (1)Mono orientadas, MO

Biorientadas BO

400 a 2500

12 a 60012 a 2500

600 a 1400

600 a 1800400 a 1500Biorientadas, BO

(1) Valores para películas i i i d

12 a 2500 400 a 1500

primarias no orientadas


• Las materias primas que figuran en las tablasLas materias primas, que figuran en las tablas siguientes, usadas en extrusión de película plana deben asegurar una buena calidad deplana deben asegurar una buena calidad de película con respecto a pureza, homogeneidad aditivos y estabilizadores yhomogeneidad, aditivos y estabilizadores y ausencia de gels. Una viscosidad pareja de fundido permite una producción constante defundido permite una producción constante de película de alta calidad.

PoliolefinasPoliolefinas Polímero Densidad, g/cm3 Tipo de película

PEBDPEAD

0.918 a 0.9350.94 a 0.954

PPLPPL, PT, PO

PEBDLEVA

IONOMERO

0.917 a 0.940.93 a 0.94

0.94

PPL, POPPLPPL

PPPP (1) PP (2)

0.896 a 0.9070.9 a 0.91

0 9

PPL, PT, POPPL, PTPPL PTPP (2) 0.9 PPL, PT

HeteropolímerosHeteropolímeros Polímero Densidad, g/cm3 Tipo de película, g p p

PA 6PA 66

1.13 a 1.151.12 a 1.15

PPL, POPPL,, PO

PA copPETPBT

1.101.33 a 1.36

1.3

PPL,,PPL, PT, PO

PPL, PTPETG

PCCA

1.20 a 1.271.21 3

PPL, PTPPL,, POPPL PTCA

CABCP

PPO

1.31.191.211 06

PPL, PTPPL, PTPPL, PTPPL PTPPO 1.06 PPL, PT

HalogenadosHalogenados Polímero Densidad, g/cm3 Tipo de película

PVC rígidoPVC flexible

1.38 a 1.401.20 a 1.30

PPL, PT, POPPL

PVDCPVDFPAN

1.61.8

1.18 a 1.27

PPL, PTPPL

PPL, PT

EstirénicosEstirénicos Polímero Densidad, g/cm3 Tipo de película

PSSB

1.051.05

PPL, POPPL

SANABS

1.081.04 a q.06

PPLPPL

ELASTÓMEROSPUR 1.21 PPL


• La tabla siguiente muestra los rangosLa tabla siguiente muestra los rangos comunes de viscosidad de algunas resinas usadas para la producción de película coladausadas para la producción de película colada y lámina termoformable.

Datos de viscosidad

Tipo de Tipo de IFF, g/10 min Viscosidad polímero película solución,

ηrel190 ºC/ 21.6 N

230 ºC/ 21.6 N

200 ºC/ 50 N

220 ºC/ 100 N

PEBD PPL 1 5 4 5PEBDPEAD

PEBDL

PPLPPL, PT

PPL

1.5-4.51.5-8.01.0-6.0

PPPPPA6

PPLPT

PPL

5.0-12.01.5-5.0

2.8-4.0PETSB

ABS

PPL, PTPTPT

3.0-5.05 0 8 0

1.6-2.0

ABS PT 5.0-8.0

Propiedades y aplicaciones de película l lá i t f blplana y lámina termoformable

• Las propiedades mecánicas y ópticas son deLas propiedades mecánicas y ópticas son de especial importancia con las películas coladas En la tabla siguiente se muestrancoladas. En la tabla siguiente se muestran valores típicos para estas películas.el campo principal de aplicación es la industria delprincipal de aplicación es la industria del embalaje. Las películas, generalmente transparentes son convertidas – con o sintransparentes, son convertidas con o sin impresión – en bolsas, o usadas en laminaciones con otros substratoslaminaciones con otros substratos.

Propiedades mecánicas y ópticasPropiedades mecánicas y ópticas

Propiedades PP PA6 PEBD PEBDL

Espesor de película, µ 25 25 25 25Resistencia a la tensión DM, N/mm2 Resistencia a la tensión DT, N/mm2Estiramiento a rotura DM, %

40-5030-40

450-600

45-5040-50

350-400

20-3010-15

200-350

20-3015-20

500-800Estiramiento a rotura, DT, %Módulo de elasticidad, N/mm2Brillo (45º) %

350-550500/90080-90

300-400550/75085-95

300-400350/45060-80

500-800200/30085-95Brillo (45 ), %

Opacidad, %Transparencia/claridad, %

80-901.5-2.565-75

85-952.5-3.560-70

60-806-1040-60

85-951.0-2.560-70

AplicacionesAplicaciones

• Películas planasPelículas planas• Películas termoformables

Películas planasPelículas planas

• Su mayor campo de aplicación es la industriaSu mayor campo de aplicación es la industria del embalaje. Estas películas, las cuales son generalmente transparentes se convierten -generalmente transparentes, se convierten con o sin impresión – en bolsas, o usadas para laminación con otros substratos opara laminación con otros substratos o películas. La tabla siguiente muestra los campos preferidos de aplicacióncampos preferidos de aplicación.

PoliolefinasPoliolefinas Aplicación, PPL PP PEBD PEBDL PEAD µp , µ

BolsasLaminación

Hojas

XXX

XXX

XX

XXX

20 a 8015 a 15020 a 40Hojas

CubiertasEstirables

Retorcibles

X

X

XX

XXX

X 20 a 4015 a 15020 a 4020 a 50Retorcibles

CaserasTextilesFlores

X

XX

XXX

X20 a 5010 a 2520 a 8020 a 40Flores

DulcesAlimentos

Pan

XXXX

XXXX

XX X

20 a 4020 a 5020 a 8025 a 50Pan X X 25 a 50

Poliolefinas Aplicación , PPL PP PEBD PEBDL PEAD µ

Tajadas de queso o carneFólderes

XX

XX

20 a 3060 a 300

Sobres transparentesCubiertas de protección

Esterilizables

XXX

XX X

60 a 15080 a 20025 a 50

hospitalariosSeparadoresDecorativas

XX

X

X X

30 a 12020 a 15020 a 200

Pañales desechablesCintas coloreadasCintas adhesivas

XX

XX

XX

XXX

20 a 3012 a 2080 a 400

Gofradas 20 a 400

Otros polímerosOtros polímeros Aplicación, PPL PA PET PVC

flexiblePVC rígido

PS/SB ABS PUR µflexible rígido

BolsasLaminación

H j

XXX

XXXX

X X X X20 a 8015 a 15020 40Hojas

CubiertasEstirables

R ibl

X X

XX

X20 a 4015 a 15020 a 4020 0Retorcibles

CaserasTextiles

XX 20 a 50

10 a 2520 a 80

Flores Dulces

Alimentos X X X

20 a 4020 a 5020 a 80

Pan 25 a 50

Otros polímeros pAplicación, PPL PA PET PVC

flexiblePVC rígido

PS/SB

ABS PUR µ

Tajadas de queso o carneFólderes

Sobres transparentesXX

X X20 a 30

60 a 30060 a 150

Cubiertas de protecciónEsterilizablesHospitalarios

X X X

X X

X

80 a 20025 a 50

30 a 120SeparadoresDecorativas

Pañales desechablesX

XX

X X X

20 a 15020 a 20020 a 30

Cintas coloreadasCintas adhesivas

Gofradas

X

XXX X X

12 a 2080 a 40020 a 400

Láminas termoformablesLáminas termoformables

• Las películas y láminas termoformablesLas películas y láminas termoformables muestran buena estabilidad dimensional, excelente calidad superficial y estructuraexcelente calidad superficial, y estructura homogénea. Para el proceso de termoformado es ventajoso tener untermoformado es ventajoso tener un encogimiento bajo y uniforme.

PoliolefinasPoliolefinas Aplicación, PT PP PEBD PEBDL PEAD µAplicación, PT PP PEBD PEBDL PEAD µ

TapasEnvases

V

XXX

XX

200 a 400400 a 2500600 1000Vasos

BandejasEmbalaje piel

XX

X X

600 a 1000200 a 80030 a 400

Embalaje blister X 100 a 1500

Otros polímerosOtros polímeros Aplicación, PT PA PET PVC

flexiblePVC rígido

PS/SB

ABS PUR µflexible rígido SB

TapasEnvases

VX

XXX

XX

X200 a 400400 a 2500600 1000Vasos

BandejasEmbalaje piel

E b l j bliX

X

XX

XX

X

XX X

600 a 1000200 a 80030 a 400

100 1 00Embalaje blister X X 100 a 1500

Películas planas y láminas termoformables coextruídas

• Los requerimientos variados de las películasLos requerimientos variados de las películas de embalaje, pueden a menudo ser solamente satisfechas por la combinación de diferentes pmateriales. Se usan las combinaciones multicapa de películas diferentes cuya

t l d d d l t d b l jnaturaleza depende de la tarea de embalaje, o productos laminados o recubiertos en combinación con otros productos como papelcombinación con otros productos, como papel o aluminio.


• Junto con la laminación la coextrusión esJunto con la laminación, la coextrusión, es cada vez mas importante, porque permite la producción de materiales de embalaje el cualproducción de materiales de embalaje el cual es optimizado para una tarea particular.

• Las estructura de la película puede ser• Las estructura de la película puede ser simétrica o asimétrica. Ver figura.

Estructura de películas multicapaIzquierda: estructura simétricaDerecha: estructura asimétricaA: capa principal de soporteB: capa externa (termosellable, brillante, antiestática, coloreada)C: capa de barreraD: capa principal coloreada

d dE: capa de recuperadoHv: capa adhesiva


• Se pueden combinar termoplásticos deSe pueden combinar termoplásticos de diferentes propiedades que no se adhieren bien entre ellos usando capas finas debien entre ellos, usando capas finas de adhesivo entre ellos. Se pueden producir económicamente coextrusiones de capaseconómicamente coextrusiones de capas extremadamente delgadas para llenar requerimientos especiales de sellabilidad orequerimientos especiales de sellabilidad o barrera.


• En la figura siguiente se muestran seccionesEn la figura siguiente se muestran secciones transversales microscópicas de películas coextruídascoextruídas.

S ió l i ó i d lí l l ídSección transversal microscópica de películas planas coextruídasA) Dos capas, capa superficial, 10µ (PP copolímero al azar), capa base 290 µ PP coloreadoB) Tres capas, capa externa 25 µ PP, capa base 300 µ PP con talco, capa externa 25 µ PPC) Tres capas, capa externa 90 µ PA6, capa de barrera 28 µ EVOH, capa externa 90 µ PA6C) Tres capas, capa externa 90 µ PA6, capa de barrera 28 µ EVOH, capa externa 90 µ PA6D) Cinco capas, capa externa 190µ PP, capa adhesiva 10 µ, capa de barrera 90 µ EVOH, capa

adhesiva 10 µ , capa externa 190 µ PP


• Las propiedades y aplicaciones de lasLas propiedades y aplicaciones de las películas y láminas coextruídas se muestran en las tablas siguientesen las tablas siguientes.

Permeabilidad de los polímerosPermeabilidad de los polímeros

• La permeabilidad al O2 puede reducirseLa permeabilidad al O2 puede reducirse usando EVOH, PVDC, PAN.

• Una buena barrera a la humedad se puedeUna buena barrera a la humedad se puede obtener con PVDC, PEAD, PP y PVC.

• La protección contra la pérdida de aromas yLa protección contra la pérdida de aromas y efectos adversos sobre el sabor y olor, se consigue con PET, PETG, y PA.g y

• Ver tabla siguiente.

Material, 25 µ Permeabilidad a gases Permeabilidad al cm3/m2 d bar vapor de agua,

g/m2 dO2 CO2 H2OO2 CO2 H2O

PEBDPEAD

PP

60002000 a 28002500 3600

300090009500

205

8 10PPPS

ABS

2500 a 360060002000

9500170006000

8 a 1011 a 12070 a 100

PETGPETPVC

400155

120 a 200

2000465240

6093

20 a 40PVCPA6PAN

PVDC

120 a 20040 a 6012 A 13

1 6

240400174 7

20 a 40160781 6PVDC

EVOH1.60.4

4.71.3

1.660

Tecnología de procesoTecnología de proceso

• Películas de rodillo fríoPelículas de rodillo frío• Película y lámina para termoformado

Películas de rodillo fríoPelículas de rodillo frío• Para obtener una película de alta calidad, con buena p ,

transparencia, plana y estructura uniforme, el enfriamiento tiene que adecuarse a las características del tipo de polímero En la tablacaracterísticas del tipo de polímero. En la tabla siguiente se muestran los rangos de temperatura de fusión y de rodillo para varios materiales. Con y ptermoplásticos parcialmente cristalinos como PP, PA, PET el proceso de enfriamiento determina la estructura cristalina y esto a su vez influencia lasestructura cristalina, y esto a su vez, influencia las propiedades ópticas de las películas.

Temperaturas de fusión y rodilloTemperaturas de fusión y rodilloMaterial Temperatura de Temperatura de rodillo, ºC

fusión, ºC

Rodillo de colada Rodillo fríoPP 230 a 260 15 a 40 15 a 30PPPA6

PEBD

230 a 260260 a 280220 a 250

15 a 4070 a 12030 a 60

15 a 3090 a 14020 a 30

Películas de rodillo fríoPelículas de rodillo frío• Aumentar la temperatura • La figura siguiente muestra p

del rodillo, disminuye la transparencia y claridad obtenible para un

g gla opacidad como función de la temperatura del rodillo de colada para una películaobtenible para un

determinado espesor de película, pero estas

f

de colada para una película plana de PP 40 µ, considerando constantes

condiciones favorecen la producción de película con mejor maquinado,

otras variables del proceso , tales como temperatura de fundido, velocidad del j q ,

estabilidad dimensional, deslizamiento y brillo.

,tornillo, y velocidad de arrastre.

Opa

cida

dO

Película plana de PP: opacidad como función de la temperatura del rodillo de colada

Temperatura de rodillo de enfriamiento

Películas de rodillo fríoPelículas de rodillo frío• La opacidad se puede • Si aumentamos la velocidad p p

reducir si aumentamos la temperatura del fundido, pero esto nos puede llevar a

de arrastre con el mismo espesor, puede aumentar la variación del espesor y lapero esto nos puede llevar a

una mayor volatilización de aditivos del material y su

variación del espesor y la estructura; la reducción del tiempo de residencia en el

condensación en la superficie del rodillo, lo que afectaría el enfriamiento de

cabezal puede redundar en deformaciones elásticas que no podrían relajarse

la película y las propiedades ópticas.

q p jsuficientemente.

Películas de rodillo frioLa figura siguiente muestra el volumen específico como función de laespecífico como función de la temperatura para enfriamiento rápido y lento de fundidos de PP y PA. Con altas velocidades de enfriamiento el volumen específico por debajo de la temperatura de cristalización es mas alto; esto significa particularmente para películas de PP, que hay un altopara películas de PP, que hay un alto potencial para cristalización adicional, y consecuentemente para un cambio en propiedades ópticas y

i i t di i lencogimiento dimensional

Volumen específico como función de la temperatura y velocidad de enfriamiento para PP y PA6enfriamiento para PP y PA6a enfriamiento rápidob enfriamiento lento

Películas de rodillo fríoPelículas de rodillo frío• La condición de la superficie del

dill d i i• Las películas coladas de PP con

rodillo es de gran importancia para producir películas brillantes de alta transparencia. Esta superficie debe ser cromada y

efecto “cáscara de naranja”, por ejemplo, están gofradas directamente en el rodillo de

l d l lí l i dsuperficie debe ser cromada y altamente pulida, o tener un acabado mate. Para altas velocidades de arrastre se usan

b d t L fi i

colada; la película es presionada contra el rodillo de colada por una cuchilla de aire en este caso.L fi i i t t lacabados mates. Las superficies

rugosas permiten un contacto mas parejo con la película, pero tiene efectos adversos sobre el

• La figura siguiente muestra la velocidades de arrastre que son posibles actualmente para varios polímeros y espesores basadosbrillo superficial. Para películas

especialmente estructuradas, es posible gofrar la superficie del rodillo de colada

polímeros y espesores, basados en un diámetro de colada de 800 mm en este caso.

rodillo de colada.

Má imas elocidades de prod cción para pelíc las planas como f nción delMáximas velocidades de producción para películas planas como función del polímero y espesor de película con un rodillo de enfriamiento de 800 mm de diámetro

Películas y láminas para termoformado

• Las películas termoformables • Se usan extrusores ventilados requieren una buena homogeneidad del fundido para evitar desgarres durante el

d t f d L

cuando se procesa PS/SB y ABS. En la zona de desgasificación, se extraen la humedad, monómeros

t t d b jproceso de termoformado. La sección de alimentación del extrusor debe poder aceptar una mezcla de materias primas

y otros componentes de bajo punto de ebullición que estuvieran presentes.

mezcla de materias primas, concentrados de color y la adición de material molido de desperdicios de arranque refiladodesperdicios de arranque, refilado de bordes y esqueleto troquelado.


• Cuando se extruye películas para • Para procesar homo y copo PP, envasado de alimentos, deberían usarse bajas temperaturas de fundido para evitar la reducción d l l l l f ió

se usan tornillos multi sección con componentes de mezclado y corte. En la extrusión de PP

ll ti t l t biédel peso molecular y la formación de monómeros.

• Con tornillos de desgasificado, la d ió d l t ill

relleno con tiza o talco, también se usan tornillos de desgasificado. La figura siguiente muestra el principio de diseño desegunda sección del tornillo

determina la capacidad de producción del extrusor.

muestra el principio de diseño de un tornillo de mezclado de PP y unos de desgasificado de SB.

Diseños de tornillo para procesamiento de PP y PS/SBA) Tornillo de corte y mezcladoA) Tornillo de corte y mezcladoB) Tornillo de SB con venteo


• En adición a la buena h id d d l f did

• Esto es importante para obtener homogeneidad del fundido, es necesario obtener un enfriamiento parejo y simétrico de la bobina de película. Cuando se produce

una estructura fina cristalina. La tabla siguiente muestra los rangos de temperatura de fundido

d dill d lpelícula. Cuando se produce lámina de PP para termoformado es importante que la superficie de la película se pueda pulir cuando h t t l d

y de rodillo usadas en la producción de varias películas termoformables.

hace contacto con el segundo rodillo de enfriamiento y que la temperatura aún esté encima del rango de cristalización.g

Rangos de temperatura de fundido y de rodillo frío

Material Temperatura de fundido, ºC

Temperatura de rodillo frío, ºC

PPSB

ABS

230 a 260210 a 230220 a 240

15 a 6050 a 9060 a 100

PET 280 a 285 15 a 60


• Las características de f d i d d d

• En la fabricación de películas de termoformado y propiedades de producto de termoplásticos parcialmente cristalinos como PP, están mas influenciadas por las

menos de 400 µ, el fundido es presionado contra el rodillo de enfriamiento por la cuchilla de i d l dill d li destán mas influenciadas por las

condiciones de procesamiento que las películas amorfas de PS/SB. Para obtener buena

t bilid d d l f l

aire en vez del rodillo de alisado. La figura siguiente muestra la variación de la velocidad de arrastre permisible con la materiaestabilidad de la forma en las

piezas termoformadas, no deben ocurrir encogimientos anisotrópicos durante el proceso

arrastre permisible con la materia prima y el espesor de la película, usando dos rodillos de 400 mm de diámetrop p

de formado.de diámetro.

Máximas velocidades de producción usando dos rodillos fríos de 400 mm de diámetrofríos de 400 mm de diámetro para películas termoformables como función del polímero y el espesorp

astre

voc

idad

de

arra

Velo

Espesor de película, s

Líneas de producciónLíneas de producción

• Conceptos de líneaConceptos de línea• Diseño de línea y unidades individuales

T l í d t l did• Tecnología de control y medida y automatización

• Diseños especiales de líneas

Conceptos de líneaConceptos de línea

• Sistema de rodillo fríoSistema de rodillo frío• Línea para película y lámina termoformable

Sistema de rodillo fríoSistema de rodillo frío

• El diseño de la línea está determinado por elEl diseño de la línea está determinado por el rango de polímeros a procesar y por el rango de velocidad y cantidad a producir para losde velocidad y cantidad a producir para los diferentes espesores de película. La figura siguiente muestra una línea típica del procesosiguiente muestra una línea típica del proceso de extrusión plana de película.

Línea de rodillo frío

Arreglos de rodillos en líneas de rodillo frío

Dependiendo de la capacidad de la línea, se usan rodillos fríos de 400 a 1200 mm de diametro en los arreglos mostrados en la figura. En la mayoría d l dill d l dde los casos, un rodillo de colada con un amplio ángulo de envoltura se combina con uno o dos subsiguientes rodillos de enfriamiento o recocido.El cabezal ranurado es generalmente gposicionado encima y tangencialmente al rodillo de colada. La guía de la película depende de las condiciones de instalación y operación del equipo subsiguiente tal como medidores desubsiguiente, tal como medidores de espesor, tratamiento superficial, dispositivos de control de tensión / corte y otros.

Para obtener una buena formación del rollo junto con una dureza uniforme , la bobina de película debe estar oscilando a través de la dirección de extrusión antes del refilado final. En la práctica, varios métodos se emplean siendo el mas frecuente el pasaje de la bobina entre la unidad de colada y el arrastre:

Atravesando el extrusor con el cabezalLl d l b bi d lí l d d l lí di d di i i d il ióLlevando la bobina de película dentro de la línea por medio de un dispositivo de oscilación.Atravesando la unidad de jalado y el dispositivo de corte.

Arreglos de rodillos en líneas de película termoformable

Para la producción de película o lámina termoformable, se usan los conceptos de línea que se muestran en la figura siguiente.gLos diámetros de rollos están entre 200 a 600 mm. Es preferible el arreglo horizontal de los rodillos de enfriamiento y pulido, especialmente cuando se procesan p pfundidos de baja viscosidad.Con el proceso en línea - la combinación directa de la línea de extrusión con la máquina termoformadora – hay ventajas q y jeconómicas de ahorro de energía . La utilización del calor remanente dentro de la película, reduce la energía necesaria para recalentarla.

Diseño de líneas y unidades individuales

• Alimentación de materia prima y reciclamientoAlimentación de materia prima y reciclamiento de desperdicios,

• Extrusoras• Extrusoras• Equipo de filtración• Bombas dosificadoras• Cabezales ranurados

Diseño de líneas y unidades individuales

• Sistemas de coextrusiónSistemas de coextrusión• Unidad de arrastre y rodillo frío

Lí d t lí l lá i• Líneas de arrastre para película y lámina termoformable

• Equipo de rebobinado

Alimentación de materia prima y reciclamiento de desperdicios

• Las resinas para extrusión de • Los materiales higroscópicos película se suministran en forma de pelets. Estos se transportan a la tolva del extrusor mediante di iti áti

como PA, PET deben secarse cuidadosamente antes de alimentarse al extrusor, para

i l di i ió d ldispositivos neumáticos directamente del silo o de contenedores posicionados cerca al extrusor

prevenir la disminución de la viscosidad y preservar las características superiores del productoal extrusor.

• Con unidades de dosificación y mezclado por encima de la tolva del extrusor se pueden añadir

producto.• En la tabla siguiente se muestran

las temperaturas de secado y los contenidos de humedaddel extrusor se pueden añadir

concentrados de color, aditivos de deslizamiento, antibloqueo, antiestático junto con los pelets

contenidos de humedad.

antiestático junto con los pelets.

Condiciones de secadoCondiciones de secadoMaterial Humedad Humedad Max temperatura

inicial, % H2O residual, % H2O de secado, ºC

PA 6PET

1 a 20 2

< 0.08< 0 01

75160PET

PS/SBABS

0.20.2 a 0.60.2 a 0.6

< 0.01< 0.02< 0.02

1608080


• Para asegurar que la resina li d é lib d O

• El secado puede hacerse en alimentada esté libre de O2cuando se procesa PA o PET, la zona de alimentación puede operarse con vacío parcial (15 a

secadores de tolva, abastecidos con aire seco (punto de rocío ≤ -30 ºC) a una temperatura dada. P l t toperarse con vacío parcial (15 a

25 mbar) o ser purgada con N2 y sellar la zona de alimentación del extrusor y los cojinetes del tronillo

l l d d l j d

Para asegurar la temperatura constante de resina sobre un período prolongado de tiempo y así estabilizar el proceso depor el lado de la caja de

engranajes por medio de anillos radiales de sellado. Luego los pelets se suministran a través de

así estabilizar el proceso de extrusión, es recomendable precalentar los pelets, aún si la resina no es higroscópicap

una tolva de doble vacío.resina no es higroscópica.


• Para el reciclado de los bordes o • La figura siguiente muestra los tiras centrales que se generan en el proceso de colada se emplean varios métodos. La cantidad de d di i d fl t t

diferentes esquemas para reciclado de refiles. En la producción de película y lámina

t f d ldesperdicio puede fluctuar entre 10 a 25 %, dependiendo del ancho de la línea y el producto.El d di i d é d

para termoformado, el desperdicio generado en el arranque, rollos fuera de especificación refiles y rejilla de• El desperdicio, después de

granulado o molido, es alimentado separadamente o mezclado con resina virgen como

especificación, refiles y rejilla de troquelado es molido y mezclado con resina virgen. La tasa de retorno fluctúa entre 20 a 50 %mezclado con resina virgen como

granulado reciclado, o es alimentado al extrusor en forma de trozos

retorno fluctúa entre 20 a 50 % dependiendo de las condiciones de operación.

de trozos.

Varias posibilidades de refilado de bordes y reciclado

A) Tolva de mezclado: a gránulos, b aglomerado o regranuladoB) Tolva de mezclado y dosificación con tornillo dosificador a gránulos b película cortadaB) Tolva de mezclado y dosificación con tornillo dosificador: a gránulos, b película cortadaC) Extrusor de reciclado de película cortada D) Extrusor de reciclado de refile continuo

ExtrusorasExtrusorasA fin de llenar los altos requerimientos de calidad, se usan extrusores con tornillos de longitud efectiva de 30 o 33 D, en extrusión de película plana. La figura siguiente muestra el principio de construcción de los extrusores para procesamiento de la mayoría de los termoplásticostermoplásticos.

Extrusor mono tornillo con enfriamiento por aire

Filtrado del fundidoG l t h di d t lGeneralmente se hace por medio de telas filtrantes multicapa respaldadas por un disco perforado. El efecto de filtrado es determinado por el tamaño de malla del filtro normalmente hasta 10 000filtro – normalmente hasta 10,000 mallas/cm2. La figura siguiente muestra diagramas de diseños de cambia filtros.El diámetro de la malla depende del diámetro del tornillo Para obtener unadiámetro del tornillo. Para obtener una filtración ultra fina con tamaños de malla menores de 60 µ y baja caída de presión, se usan filtros de área grande de larga vida o diseño de no parada con cambiovida o diseño de no parada con cambio. Tales filtros, generalmente, tienen un área efectiva de 0.1 a 0.4 mt2, dependiendo de la producción y el tamaño de la malla.

Ejemplos de dispositivos de cambiador de mallas

Dosificación del fundidoPara mejorar la uniformidad del espesor de películas de alta calidad, se puede integrar una bomba de engranajes dentro del procesouna bomba de engranajes dentro del proceso de extrusión como un dispositivo de dosificación. Esta bomba dosificadora mantiene la presión constante en +/- 1 %, medida a la entrada del cabezal ranuradomedida a la entrada del cabezal ranurado.Las bombas usadas para extrusión de películas de PP, PET, PA entregan un volumen de aproximadamente 100 a 600 cm3/rev La velocidad de los engranajescm3/rev. La velocidad de los engranajes usualmente está entre 10 a 40 rpm.

Bomba dosificadora con motor y panel de control

Cabezales ranurados o planosCabezales ranurados o planos• El cabezal, junto con las • El ancho de salida del , j

otras unidades de la línea, tiene la importante tarea de producir una película que

cabezal debe ser mayor que el ancho efectivo de la película a producir por laproducir una película, que

es dimensionalmente exacta y con tolerancias

película a producir, por la cantidad necesaria para el encogimiento lateral,

muy estrechas. Existen en anchos hasta de 3500 mm.

travesía de la película y refilado de bordes. Este ancho adicional puede ser phasta 200 – 300 mm dependiendo de las condiciones del procesocondiciones del proceso.

Diseño de cabezales planos para colada de lí l l lá i t f blpelícula plana y lámina termoformable

A fin de mantener corta la distancia entre la salida del cabezal y el rodillo de colada, el cabezal debe ser formado para tomar enformado para tomar en consideración la posición de colada respecto al rodillo de enfriamiento.Los cabezales planos se usan con y sin barras de restricción. Ver figura.

Cabezales ranurados o planosCabezales ranurados o planos• Estas barras no se requieren si • Las superficies de contacto con el

los rangos de viscosidad de las materias primas a usar, son parecidos entre ellos y si el

d l lí l

fundido son generalmente cromadas y el área de los labios es endurecida. Una superficie de lt lid d (Rt 0 2 )espesor de la película no es

mayor de 200 µ.• La mitad del cabezal se diseña

l bi fl ibl iti

alta calidad (Rt < 0.2 µ) asegura un favorable flujo libre de marcas.

• La boquilla ranurada se divide a t é d h icon un labio flexible para permitir

el ajuste fino del espacio de la boquilla por medio de tornillos de empuje o pernos de jalar/empujar

través de su ancho en varias secciones de control.

• El calentamiento se realiza por t h (300 400 Wempuje o pernos de jalar/empujar

con hileras diferenciales.cartuchos (300 – 400 W por cartucho) o por placas planas de calentamiento.

Cabezales ranurados o planosCabezales ranurados o planos

• Con los cartuchos, generalmente se usa aislamientoCon los cartuchos, generalmente se usa aislamiento fijado en el cuerpo del cabezal para reducir la radiación del calor y para estabilizar las condiciones de operación.

• Los sistemas de calentamiento eléctrico y la distribución del cableado se diseñan para permitir un rápido desmantelamiento y limpieza.L fi i i b l “ á i ”• La figura siguiente muestra un cabezal “automático” cuya luz de salida puede ajustarse por expansión de los pernos del cabezallos pernos del cabezal.

Cada perno tiene un cartucho de calentamiento paralelo, sobre el cual se sopla aire hacia el perno. Si el voltaje aplicado cambia, cambia también la temperatura y el tamaño del perno y con ellos el espacio en ese punto El voltaje puede modificarsepunto. El voltaje puede modificarse manualmente con un potenciómetro o con un microprocesador.

Cabezal plano con ajuste automático de labios

Cabezales ranurados o planosCabezales ranurados o planos• El procesador corrige la luz del

b l d ñ l• Para materiales térmicamente

cabezal usando señales proporcionales al espesor real de la película registrado por un medidor de espesor en las

insensibles, se usa bastidores externos de la luz del cabezal para posibilitar la producción de

i h d lí lmedidor de espesor en las posiciones correspondientes sobre la película. Para proveer un rango amplio de espesores (0.5 a 2 5 j l ) l

varios anchos de película con muy poco refilado.

2.5 mm, por ejemplo), los cabezales planos se equipan con un labio regulable o un labio intercambiable, de manera que se , qpueda conseguir la mejor luz para el espesor de película a extruir.

Unidad de coextrusión para la producción d lí l d 5 3 tde películas de 5 capas con 3 extrusores

• El sistema de coextrusión que es mejor para una situación particular depende de la estructura de lade la estructura de la película y la combinación de materiales. La figura muestra una unidad de coextrusión plana para fabricación de películas de p5 capas con 3 polímeros diferentes.

Sistemas de coextrusiónSistemas de coextrusión

• Para producir películas multicapa se usan tresPara producir películas multicapa se usan tres métodos diferentes de coextrusión:

Sistema de bloque de alimentación– Sistema de bloque de alimentación– Cabezal multicanal

Combinación de ambos– Combinación de ambos• La figura siguiente resume la diferentes

i i iblvariaciones posibles.

Variaciones posibles con adaptador de coextrusión (bloque de alimentación) y combinación con cabezales multicanal

Bloque de alimentación o adaptador

• Con el principio del • . La figura siguiente muestra p padaptador, los componentes individuales fundidos se alimentan capa por capa

g galgunos arreglos comunes de capas.El ét d d l d t d

p p ppor una placa de flujo o un sistema de canales de suministro de manera que

• El método del adaptador se usa frecuentemente cuando se requieren capas q

ellos fluyan laminarmente juntos dentro de un cabezal de ranura convencional y

delgadas – sea esta superficial (capa termosellable) o de barreray

son luego formados al ancho de la película

termosellable) o de barrera (capa central).

Ilustración de la coextrusión con caja de alimentación y con varios diseños de la geometría de entrada

MulticanalMulticanal

• En este sistema las corrientes fundidasEn este sistema, las corrientes fundidas individuales se distribuyen a través del ancho de película en canales separados y sonde película en canales separados y son juntados generalmente dentro de la corriente superior del área del labio y a descargados asuperior del área del labio, y a descargados a través de una abertura común del cabezal. La figura siguiente muestra versiones diferentesfigura siguiente muestra versiones diferentes de estos cabezales.

Diseño de cabezales planos multicanal para coextrusión

Combinación de ambosCombinación de ambos

• Si se van a coextruir materiales con unSi se van a coextruir materiales con un comportamiento reológico muy diferente, o si se van a combinar materiales que difierense van a combinar materiales que difieren muy grandemente en sus temperaturas de procesamiento comúnmente se usa unaprocesamiento, comúnmente se usa una combinación de un adaptador con un cabezal multicanalmulticanal.

Criterio de selección para sistemas de coextrusión

Criterio Cabezal multicanal

Adaptador Combinación de ambos

Aplicación potencial para materiales con:- Temperaturas de proceso muy diferentes- Viscosidades muy diferentes

+++

-0

+++Viscosidades muy diferentes

- Alta termosensibilidadAdhesión entre las capasTolerancias de espesor en capas individuales

0+

++

0+

++0/+

+++

++Tolerancias de espesor en capas individualesFlexibilidad para los cambios en:- Estructura de capas- Selección de capas

--

0/

++++

--Selección de capas

- Extensión de las líneas existentesEncapsulamiento de bordesOperación / Manipulación

-++0

++0/++

-++0Operación / Manipulación 0 + 0

Comparación de cabezalespCriterio de selección Proceso de bloque

de alimentaciónProceso de cabezal

multicanalCosto de inversiónNúmero de capasManipulación

Relativamente bajo Hasta 9Fácil,

Relativamente altoMáximo 4

Mas cara, cada

Desviación de espesor de capas individualesDiferencia de viscosidad permisible entre componentes

+/- 10 %1:2 a 1:3

capa+/- 5 %

>1:3componentesExtrusión de capa exterior (< 10 %)Extrusión de materiales termosensiblesFlexibilidad

Con ancho > 1 mtMejor en el centroAlta, en número y

Con ancho < 1 mtMejor en extremosBaja, número de Alta, en número y

posición de capasj

capas prefijadas

Tecnología de encapsulamientoTecnología de encapsulamientoComo el proceso de película plana siempre involucra el refilado de bordes, es esencial, por economía, que los bordes de la película sean de un solo material, de manera que pueda reciclarse al proceso. La figura siguiente muestra la estructura de una coextrusión de 5 capas con un borde de refile reciclable.

Estructura de una coextrusión de 5 capas, de 3 componentes, con área de borde reciclable.a capas base, b capas adhesivas, c capa de barreraa capas base, b capas adhesivas, c capa de barrera

SIN ENCAPSULAMIENTOSIN ENCAPSULAMIENTOPEBD

ADHESIVOADHESIVO

PSAI

CON ENCAPSULAMIENTO

PEBDADHESIVO

PSAI

Tecnología de encapsulamientoTecnología de encapsulamiento• El flujo de las capas en el • En cuyo caso los anchos de j p

área del borde puede optimizarse por medio de dispositivos ajustables en el

ylos canales para las capas de cubierta se reducen en proporción al tamaño deldispositivos ajustables en el

sistema de adaptador.• Es posible dejar los

proporción al tamaño del área libre requerida.

márgenes de la película, libres de una capa de cubierta; pero unacubierta; pero una operación de producción independiente es solo bt ibl l i t dobtenible con el sistema de

multicanal.

l i AEncapsulamiento VANE DIEEl cabezal puede también diseñarse para

encapsular capas específicasDos posibles tipos de encapsulamiento con cabezal de 3 capas, se muestran a continuación

MÚLTIPLE CENTRAL RECESADO MÚLTIPLES EXTERNOS RECESADOS

Cabezal Cloeren VANE DIE de Paletas para control de flujo de fundido

Múltiples (típicos)

3 capas mostrando paletas ajustables con auto seguro con menor tiempo de contacto entre capas internas y externas

A AUna caja de alimentación Cloeren de 5 capas en línea con un cabezal VANE DIE de 3 capas

ENTRADA

p

ENTRADACAJA DE 5 CAPAS

CABEZAL 3 CAPAS

ENCHUFE SELECTOR

Caja de alimentación de 5

PALETASAGUJAS DE DISTRIBUCIÓN

capas de doble plano Cloeren es ajustable en línea para un desempeño eficiente y repetible

CABEZAL MONOCAPAENTRADAS

Unidades de rodillo frío y arrastreUnidades de rodillo frío y arrastre

• Diseño y funcionamientoDiseño y funcionamiento• Guía de película y equipo complementario

Diseño y funcionamientoDiseño y funcionamiento

• Para producir una película de alta calidad conPara producir una película de alta calidad con el proceso de rodillo frío, las dimensiones de la unidad deben adecuarse a la producción ptotal de manera que se asegure un enfriamiento parejo de la película. Los detalles d di ñ d d d l líde diseño dependen del polímero, dimensiones de la película y rango de velocidad La tabla siguiente muestra lasvelocidad. La tabla siguiente muestra las características mas importantes de las unidades de enfriamiento con arrastreunidades de enfriamiento con arrastre.

Diseño de líneas de f i i t tenfriamiento y arrastre

Ancho de superficie del rodillo, mmDiá d l dill d l d

1200 a 3600400 1000Diámetro del rodillo de colada, mm

Diámetro del rodillo de enfriamiento, mmSuperficie del rodillo,

400 a 1000200 a 600

Rugosidad Rt, µCilindricidad, mmConcentricidad, mm

0.1 a 0.3+/- 0.01 a 0.02+/- 0.01 a 0.02

Rango de temperatura, ºC Agua: 15 a 9015 a 130 (150)

Aceite: 50 a 160Precisión de temperatura, ºCMotorRegulación de velocidad, %

+/- 1 y 1.5CA, vector de flujo

0.01Max velocidad de arrastre, mpm 100 a 400

Diseño y Funcionamiento

La película extruída es enfriada sobre el rodillo de colada, el cual puede tener un diámetro de 400 a 1200 mm de diámetro, dependiendo del tamaño de la línea. La figura muestra el arreglo de la unidad, con el rodillo de colada, cabezal ranurado, dispositivo de ajuste de bordes, cuchilla de aire, cámara de succión y rodillo de levante.

Posición de colada en una unidad de rodillo frío y arrastrea cabezal plano, b cámara de succión, c fijador de bordes (chorros de aire), d cuchilla de aire, e rodillo ( )de colada, f rodillo de levante

E h fEnchufe selectorCaja de

alimentaciónalimentación

Cabezal automático Válvula deautomático

Ajustador debordes

Válvula de control

Tuberías de succión

Cuchilla de Pre cámara

aire

R dill f í CáRodillo frío Cámara principal

Diseño de rodillos de enfriamientoLa estructura interna del rodillo

Diseño de rodillos de enfriamiento

está diseñada para tener estabilidad y proveer la capacidad de enfriamiento requerida; pero en adiciónrequerida; pero en adición, propiedades tales como concentricidad, cilindricidad, corrida libre de vibraciones, y

l id d if dvelocidad uniforme, son de especial importancia. Ver figura.

Diseño de rodillos fríosA) Rodillo frío con distribución en espiral y flujo en línea rectaB) R dill f í di t ib ió i l fl j d t dB) Rodillo frío con distribución en espiral y flujo de entrada y

salida por un solo lado

Diseño de rodillos de enfriamientoDiseño de rodillos de enfriamiento• Las superficie del rodillo (y esto, • Es también posible montar varias

de alguna manera, está determinado por el material) es altamente pulida (rugosidad Rt < 0 3 ) l id d d

chaquetas de rodillo con diferentes acabados superficiales sobre un cuerpo básico de rodillo. El dill d l d0.3 µ) pero para velocidades de

arrastre mas altas se puede suministrar con una superficie cromada mate Un diseño

El rodillo de colada es generalmente impulsado con un motor servo de CA con control de alta precisióncromada mate. Un diseño

especial de rodillo con enchaquetado intercambiable permite su desmantelamiento

alta precisión.• Después de que la película sale

del rodillo de colada, es llevado sobre uno o dos rodillos depermite su desmantelamiento

para limpieza y remoción de depósitos.

sobre uno o dos rodillos de acondicionamiento –dependiendo del tipo de película – donde se lleva a cabo eldonde se lleva a cabo el enfriamiento final y estabilización.

Diseño de rodillos de enfriamientoDiseño de rodillos de enfriamiento

• El rodillo de enfriamiento tiene un motor servo de CAEl rodillo de enfriamiento tiene un motor servo de CA separado o está diseñado para ser regulado por una caja de engranajes de control de precisión en relación a la velocidad del rodillo de colada.

• Para obtener un buen contacto entre la película y la superficie del rodillo de colada, se usan ayudas de distribución: cuchillas de aire, cámaras de succión, o para PET dispositivos electrostáticos de ajustepara PET, dispositivos electrostáticos de ajuste.

Cuchillas de aire

L hill d i

Cuchillas de aire

La cuchilla de aire (ver figura) consiste de un tubo, alimentado con aire por ambos lados, que tiene una ranura de precisión en un rango de 0 2 a 2 5 mm dede 0.2 a 2.5 mm de ajuste.

Arreglos de cuchilla de aire y suministro de aireA y B) sección transversal de construcción diferente, C) Alimentación de aire a filtro de aire/ soplador, b manómetro, c cuchilla de aire

Cuchillas de aireCuchillas de aire• El portacuchilla puede • Para ciertasp p

posicionarse precisa y repetidamente para obtener el mejor punto

Para ciertas condiciones de producción, el aire

obtener el mejor punto de enfriamiento para una condición dada de

puede ser enfriado o calentado.

película. La cuchilla es alimentada con aire filtrado por un soplador

• El calentamiento se usa para prevenir la condensación defiltrado por un soplador

de velocidad variable. condensación de volátiles en la superficie (deslizantes)(deslizantes).

Cámara de succión y otrosCámara de succión y otros• La cámara de succión que está instalada entre el q

cabezal ranurado y el rodillo de colada, ayuda al contacto de la película y sirve para remover los volátiles que salen del fundido; el ajuste de posiciónvolátiles que salen del fundido; el ajuste de posición es similar al de la cuchilla de aire.

• Para minimizar el angostamiento entre el cabezal yPara minimizar el angostamiento entre el cabezal y la línea de contacto con el rodillo de colada, se usan dispositivos como chorros de aire o electrodos para

l t táticrear una carga electrostática.

Rodillos de levanteRodillos de levante• A lo largo de la circunferencia del rodillo de colada g

hay rodillos de levante o “limpieza”. Esto pueden ser conectados neumáticamente y se puede alterar su posición para adaptarse a las variadas condicionesposición para adaptarse a las variadas condiciones de enfriamiento y velocidad con películas diferentes. De estas forma, puede prevenirse la condensación , p pde los aditivos del polímero sobre el rodillo de colada. El rodillo de levante asegura que el arrastre de la película a través del ancho sea uniformede la película a través del ancho sea uniforme.

Ajustes de rodillosAjustes de rodillos• El punto de contacto se optimiza con el movimiento p p

longitudinal de la unidad de rodillo frío y arrastre y con el ajuste vertical del rodillo de colada o de toda la unidad de arrastre; estos movimiento se puedenla unidad de arrastre; estos movimiento se pueden ser manuales o motorizados.

Control de temperaturaControl de temperatura• A fin de obtener un • Para películas de PP, las

gradiente de enfriamiento preciso a lo largo de la película se incorporan

p ,temperaturas están entre 15 y 40 ºC; para películas de PA6 entre 80 y 140 ºCpelícula, se incorporan

unidades separadas para controlar la temperatura de

PA6, entre 80 y 140 C, dependiendo de la velocidad y cristalinidad. Se

entrada del agente de calentamiento.

• Se requieren diferentes

puede usar una instalación central de agua fría con un condensador de Se requieren diferentes

temperaturas de acuerdo al tipo de película.

enfriamiento para alimentar a las unidades individuales

Control de temperaturaControl de temperatura

• La variación de temperatura del agente deLa variación de temperatura del agente de transferencia de calor entrando a los rodillos fríos es < 0 5 ºC en las líneas modernas A finfríos es < 0.5 C en las líneas modernas. A fin de obtener una temperatura uniforme en la superficie del rodillo (∆K < ± 1 ºC) sesuperficie del rodillo (∆K < ± 1 C), se requieren altas velocidades de flujo en los canales guía del rodillo de doble chaquetacanales guía del rodillo de doble chaqueta.

Guía de película y equipo complementario

• Después de salir de la unidad de rodillo frío laDespués de salir de la unidad de rodillo frío, la película pasa a través de varios elementos guía tales como:guía, tales como: – rodillos locos deflectores,

rodillos distribuidores y– rodillos distribuidores y – controladores de tensión,

t d ll l t ió d• antes de que llegue a la estación de rebobinado.

Rodillos locos deflectoresRodillos locos deflectores

• Estos son rodillos de corrida libre queEstos son rodillos de corrida libre que permiten transportar películas delicadas con baja tensión Para algunos productos podríabaja tensión. Para algunos productos, podría ser necesario usar rodillo motorizados o motorizar el eje para superar la fricción de losmotorizar el eje para superar la fricción de los cojinetes.

Rodillos distribuidoresRodillos distribuidores

• En ciertas secciones de la línea por ejemploEn ciertas secciones de la línea, por ejemplo, delante del equipo de corte longitudinal, se usan rodillos distribuidores motorizados parausan rodillos distribuidores motorizados para asegurar que la película corra libre de arrugas; en este caso el efecto distribuidor esarrugas; en este caso el efecto distribuidor es regulable.

Controlador de tensiónControlador de tensión• A fin de obtener una • Los controladores de

producción repetible y evitar una excesiva tensión durante el transporte de la

tensión están conectados a una unidad electrónica que proporciona control pantalladurante el transporte de la

película, es necesario medir la tensión de la bobina

proporciona control, pantalla y señales de valores límite. Las celdas de carga pueden

usando rodillo danzarín o rodillo medidores corriendo sobre cojinetes de celdas

instalarse horizontal o verticalmente, y la bobina debe entrar y salir en j

de carga. y

ángulos constantes de entrada y salida.

Guía de película y equipo complementario

• La línea de transporte de la película tiene elLa línea de transporte de la película tiene el siguiente equipo auxiliar: – unidad de oscilación de bobina, ,– escáner de espesor, – unidad de tratamiento superficial, p– arrastre intermedio o de enfriamiento, – equipo de corte longitudinal, – aspiradores de bordes y – generadores iónicos.

Oscilador de bobinaOscilador de bobina• Aunque se pueden obtener

l i b j d• En adición a la oscilación

tolerancias muy bajas de espesor en el proceso de película plana, es necesario oscilar la película transversalmente a la dirección

transversal respecto al extrusor y cabezal o la unidad de jalado y corte longitudinal, es también

ibl il d d ttransversalmente a la dirección de extrusión antes del corte y rebobinado, a fin de obtener una dureza uniforme de rollo. De otra

l li i i d

posible usar un oscilador dentro de la línea para cambiar el paso de la bobina. La película sigue a un sensor infrarrojo montado enmanera, las ligeras variaciones de

espesor pueden formar puntos duros en la bobina y llevar a la formación de “anillos de pistón”.

un sensor infrarrojo montado en un marco movible. El paso de la película y el arreglo de una unidad de oscilación puede serp unidad de oscilación puede ser horizontal o vertical. Ver figura.

Unidad de oscilación de bobina

La unidad de oscilación está colocada después del pmedidor de espesor de manera que haya una relación precisa en la película entre el punto de medida y la posición relevante en el cabezal para optimizar las t l itolerancias.

Control automático de espesorControl automático de espesor

Cuando se usa un cabezal automático, el espesor puede optimizarse si el sistema incluye un escáner de espesor y unun escáner de espesor y un microprocesador. El escáner –que generalmente trabaja bajo el principio radiométrico –transmite el perfil transversal del espesor real a la computadora; esta compara los valores reales con los deseados

Arreglo de dispositivos de ajuste en un cabezal automáticoa labio flexible,

valores reales con los deseados y luego corrige el ajuste de la luz del cabezal.

,b canal de enfriamiento, c cartucho de calentamiento, d ajuste de labio, e ajuste de barra de restricción

El espacio del cabezal es ajustado por unos pernos de expansión; elpor unos pernos de expansión; el número de pernos depende del ancho del cabezal, y ellos están marcados en el perfil transversal en la pantalla Cada perno está fijoen la pantalla. Cada perno está fijo en un bloque equipado con un canal de aire soplado y un calentador eléctrico de cartucho. Otro diseño tiene el cartuchoOtro diseño tiene el cartucho puesto a lo largo del eje del tornillo de ajuste.La figura muestra un diagrama esquemático de un sistema de

Esquema para el control automático del espesor para el proceso de extrusión de película plana

esquemático de un sistema de control de cabezal automático para el proceso de extrusión de película plana. El calor suministrado a los pernos de expansión individuales para el proceso de extrusión de película plana

a escáner de espesor, b rodillo de enfriamiento de la unidad de arrastre, c cabezal con perno de expansión, d extrusor, e motor, f tacogenerador, g ajuste de potencia para el perno de expansión, h did d l i l d t l

pernos de expansión individuales es controlado por la computadora de acuerdo con un algoritmo de manera que la desviación del valor d d (t l i d ) h medida del espesor, i panel de control e

impresor, k microprocesador, l pantalladeseado (tolerancia de espesor) a todo lo ancho se minimice.

Control automático de espesorControl automático de espesor• El rango máximo de ajuste • Se puede obtener una g j

es generalmente alrededor de ±0.25 mm; los ajustes mayores se hacen

poptimización adicional del espesor de la película en conjunto con un sistema demayores se hacen

manualmente. La optimización se lleva a cabo

conjunto con un sistema de medición computarizado en la dirección de la máquina,

por ajuste simultáneo de los pernos de expansión teniendo en cuenta el efecto

DM. La velocidad de arrastre y en algunos casos la velocidad del tornillo del

de su influencia recíproca y el angostamiento de película

extrusor se usan como elementos de ajuste para las desviaciones delpelícula. las desviaciones del espesor en la DM.

Control automático de espesorControl automático de espesor• La selección de un equipo – Alto grado de confiabilidad de q p

automatizado de control de proceso debería tomar en cuenta los siguientes

la tecnología– Alto grado de eficiencia del

software.cuenta los siguientes aspectos: – Buena relación entre los

t t d l t l í

– Servicio confiable y rápido– Compatibilidad de la

tecnología con el diseño totalgastos extras de la tecnología de control y la mejora del producto (calidad y precio).R l ió ó ti d i /

g– Diseño amigable para los

operadores– Entrenamiento de operadores– Relación óptima de precio /

eficiencia del sistema.

Entrenamiento de operadores

Escáner de espesorEscáner de espesor• Los sensores son dispositivos sin • Un sistema de evaluación electrónica

contacto que usan isótopos radiactivos o radiación infrarroja en la transmisión, y recorren transversalmente la bobina para

procesa la señal suministrada por el cabezal medidor para proporcionar una comparación entre el valor real contra el valor deseado indicación detransversalmente la bobina para

proveer un perfil transversal de la película.

• Los sensores de medición sin

contra el valor deseado, indicación de desviaciones, tolerancias y valores promedio.

• Es también posible el uso de un contacto que usan isótopos radiactivos o radiación infrarroja, corren transversalmente al paso de la bobina para proporcional un perfil

microprocesador para almacenar datos del producto y controlar la velocidad de arrastre y/o la velocidad del tornillo como una función del valorbobina para proporcional un perfil

transversal de la película. del tornillo como una función del valor medio del perfil medido. La correlación con los tornillos de ajuste de los labios del cabezal se realiza

di d l ll dpor medio de la pantalla de toque

PRINCIPIOEl tubo de rayos X contiene, bajo vacío, un objetivo y un filamento.

Receptor

Cuando la corriente circula a través del filamento, lo calienta, lo que posibilita la emisión de electrones en el vacío.

M t i l

Estos electrones son atraídos y acelerados hacia el objetivo, el cual está polarizado a miles de voltios. Cuando los electrones golpean el objetivo ellos generan rayos X.

Material

Fuente de rayos X

Los rayos X emitidos por el objetivo salen del tubo a través de una ventana y son detenidos o no por el producto medido.

COMO FUNCIONAN

D i t ióPotencia

lé t iDesintegración espontánea

eléctrica

La fuente Beta es un isótopo fLa fuente Beta es un isótopoUn nivel de energía fijo y específico(Pm147 <270 Kev, Kr85 <760 Kev, Str 90 <2200 Kev)Un tiempo de vida limitado

La fuente de rayos X es un dispositivo eléctricoUn nivel de energía ajustableUn tiempo de vida ilimitadoUn tiempo de vida limitado

Pm147: ½ vida = 2.5 años

Tratamiento superficialTratamiento superficial• Para muchas aplicaciones de la película

l d (i ió b i i tcolada (impresión, recubrimiento, laminación) es necesario pretratar la superficie de la película para facilitar una buena adhesión de las tintas y adhesivos. L t ió fi i l d difiLa tensión superficial puede modificarse en una o dos caras por medio de una descarga corona.

• El rango usual es de 38 a 44 dinas /cm. La intensidad del tratamiento puede ser adversamente afectada por ciertos aditivos como lubricantes y antibloqueadores.

• El tratamiento corona causa un calentamiento de la película, lo cual requiere un enfriamiento intensivo antes del rebobinado.

• Los sistemas de arrastre envolventesLos sistemas de arrastre envolventes comprenden uno o varios rodillos motorizados de enfriamiento con este fin.

Dispositivos de corte longitudinalDispositivos de corte longitudinalLa bobina tiene un refilado final en la entrada de la unidad de levante; los refiles

Un diseño especial de porta cuchillas múltiples o rotatorias hace posibleentrada de la unidad de levante; los refiles

laterales y centrales, de un corte multirollo, se retiran con un sistema de aspiración.Se usan varios sistemas de corte, en algunos casos en conjunto con rodillos

múltiples o rotatorias, hace posible cambiar las cuchillas sin interrumpir el proceso de corte. El corte longitudinal y la posición de levante es necesario colocar una unidad de arrastre preliminaralgunos casos en conjunto con rodillos

ranurados. Algunos ejemplos se muestran a continuación.

colocar una unidad de arrastre preliminar para mantener la tensión requerida para el corte y transporte independiente de la tensión de rebobinado.

Diseños de corte longitudinalA) Cuchilla industrial, B) cuchilla industrial (cabezal revolvente), C) corte tijera

Unidades de arrastre para película y lámina termoformable

• Para producir láminas • El diámetro de los rodillos de termoformables de un rango de espesor entre 0.4 mm y 2.5 mm se usan líneas dedicadas de di ñ t í lí

enfriamiento fluctúa entre 400 a 600 mm. Con los termoplásticos semicristalinos puede ser

i l i l diá t ddiseño compacto así como líneas multi propósito.

• Dependiendo del termoplástico a l d

necesario elegir los diámetros de los primeros rodillos de pulido y enfriamiento a fin de obtener una cristalinidad óptima pero elprocesar y el rango de

producción, el número de rodillos de pulido y enfriamiento varía entre 2 y 5 con el primer rodillo

cristalinidad óptima, pero el enfriamiento completo de la bobina tiene que tomar lugar a mayores velocidades en rodillosentre 2 y 5, con el primer rodillo

pulidor usualmente con el menor diámetro (200 a 300 mm).

mayores velocidades en rodillos adicionales.

Línea de arrastre de diseño compacto para película y lámina termoformable


• La superficie del rodillo • El refilado se hace por medio de normalmente tiene un acabado altamente pulido recubierto con cromo duro. Anchos entre 800 y 1600

cuchillas circulares, la cuales pueden colocarse antes o después de la unidad de arrastre. P l t l d l t t1600 mm.

• Después de que ambos lados de las lámina han sido pulidos, esta

t é d t ió d

Para el control de la temperatura de los rodillos de pulido y enfriamiento se usan unidades de agua presurizada en circuitopasa a través de una estación de

medición de espesor y es jalada por una unidad de arrastre de dos rodillos cuya velocidad puede

agua presurizada en circuito cerrado con un rango de control de 20 a 130 ºC.

rodillos, cuya velocidad puede ajustarse de acuerdo a la unidad de pulido / enfriamiento.

Unidad de arrastre para película y lamina termoformable

En algunos casos se usa equipo adicional de tratamiento antiestático o olaminación de una capa brillante.En la fabricación de películas termoformables de menos de 0.4 mm de espesor, la película se pone en contacto con el rodillo de enfriamiento por medio de una cuchilla de aire instalada en lugar del rodillo de pulido. Ver figura.

Diseño de línea para películas termoformables mono y multicapa espesor < 400 µ ;multicapa, espesor < 400 µ ; fijado de película con cuchilla de aire


• Para líneas de extrusión de láminas de PVCPara líneas de extrusión de láminas de PVC rígido se aplican requerimientos especiales. En adición a la naturaleza especializada de laEn adición a la naturaleza especializada de la extrusión, se requieren diseños de batería de rodillos de pulido con alta línea de presión derodillos de pulido con alta línea de presión de contacto y construcción adecuada de rodillo.

Tren de rodillos con extrusor en cascada para la d ió d lí l d í idproducción de películas de pvc rígido

• La figura muestra una línea de extrusión con extrusor en cascada y una batería especial de rodillos para una película de 1300

d h dmm de ancho y un rango de espesor de 0.2 – 1.5 mm. La batería de rodillos se cierra hidráulicamente en este caso Sihidráulicamente en este caso. Si el transportador de rodillos y el apilador se adaptan adecuadamente esta línea puedeadecuadamente, esta línea puede usarse para láminas de PVC rígido mas gruesas.

RebobinadorasRebobinadoras• Las líneas de película plana • La transferencia de la película en

emplean varios tipos de rebobinadores, que difieren en estándar técnico y grado de

t ti ió d d l

el cambio de rollo se hace manualmente en este caso. Para láminas planas gruesas t f bl t biéautomatización de acuerdo a la

velocidad de producción, material de la película, rango de espesor y diámetro de rollo Las películas

termoformables se usan también sistemas grandes de rebobinado con mandos hidráulicos y se pueden obtener diámetros dediámetro de rollo. Las películas

insensibles a la tensión, generalmente aquellas que son de mas de 0 2 mm de espesor se

pueden obtener diámetros de rollo de hasta 2mts. Ver figura.

de mas de 0.2 mm de espesor, se rebobinan a velocidades bajas –menor a 30 mpm – en rebobinadores estacionarios centrales de mono o multiposición.

Sistema grande de rebobinado con arrastre preliminar y cortador transversal

R b bi dRebobinador de torreta

Un diseño mas caro es el rebobinador de torreta el cual ofrece cambios de rollo y ventajasUn diseño mas caro es el rebobinador de torreta, el cual ofrece cambios de rollo y ventajas operacionales en comparación con los rebobinadores estacionarios. Cada posición de rebobinado es impulsada por un motor CA con control de rebobinado y tensión. El mando de cambio es generalmente un motor trifásico.En el caso del rebobinador de doble torreta automático mostrado en la figura el cual tiene unEn el caso del rebobinador de doble torreta automático mostrado en la figura, el cual tiene un sistema automático de cambio de rollo, una guía de borde se monta enfrente de la posición de levante, en un deslice que es automáticamente retirado conforme el diámetro del rollo aumenta.

RebobinadorasRebobinadoras • El rebobinado de películas • El rodillo guía ya sea que

sensibles a la tensión a altas velocidades requiere sistemas de control de mas alta calidad para l d d l b bi d

presiona contra el rollo de película con una ligera presión de contacto ajustable

áti t tiel mando del rebobinador y un alineamiento preciso de la película, el cual es auto ajustable al diámetro del rollo por delante

neumáticamente o se mantiene a una distancia pequeña de la superficie de la película. Este procedimiento de rebobinado conal diámetro del rollo, por delante

de la posición de levante. El cambio de rollo, el cambio y corte de la bobina son completamente

procedimiento de rebobinado con espacio es preferible para películas autoadhesivas y se hace posible por el uso de unade la bobina son completamente

automáticos.hace posible por el uso de una fotocelda que registra el diámetro del rollo y causa que la guía deslizante se retire constantemente.

Rebobinador de torreta con sistema automático de cambio de rollo

En lugar de una guía deslizante, hay otros diseños donde los rodillos de apoyo o guías están organizados como balancín impulsado hidroneumáticamente. A corta distancia antes de la posición de rebobinado está la unidadbalancín impulsado hidroneumáticamente. A corta distancia antes de la posición de rebobinado está la unidad de arrastre preliminar con motor CA, la cual acepta el movimiento de la bobina – y tensión de corte, y el tacogenerador, el cual transmite la velocidad de la bobina al sistema de control del motor del rebobinador.

Cuando la longitud prefijada de película - registrada por el contómetro – ha sido alcanzada, la estación del nuevo rollo oscila para ponerse en posición por un mando reversible y sincronizado a la velocidad de p p p p yrebobinado entonces se conectan la transferencia de bobina y los dispositivos de corte. Ver figura.

RebobinadorasRebobinadoras• Si la película de la bobina está

fi i l• Después de completar el cambio

suficientemente envuelta alrededor del nuevo tuco, el rebobinado puede iniciarse apropiadamente después del

de rollo, el rollo terminado puede retirarse de la posición trasera con un tecle o con un dispositivo d b j d D t lapropiadamente después del

corte con una cuchilla de impacto aun si la superficie del tuco no ha sido tratada con adhesivo. Si se

b bi t lí l

de bajada. Durante el procedimiento de transferencia el rodillo guía es puesto en presión de contacto Un rebobinado firmerebobina en un tuco una película

con varios anchos, es esencial un corte y transferencia precisos simultáneos de las bobinas de

de contacto. Un rebobinado firme definido se asegura con un motor central. La figura siguiente muestra un rebobinador

película.muestra un rebobinador automático de torreta desde el lado del operador.

Sistema de cambio de rollo con dispositivo automático de transferencia de bobina y dispositivo de corte.A) P i ió bá i ll l t i ió d ti t í i ió dA) Posición básica: rollo completo en posición de retiro, tuco vacío en posición de espera, sistema de cambio en posición de reposo; B) posición de cambio: sistema de cambio de rollo conectado, cuchilla aserrada lista para corte.

RebobinadorasRebobinadoras• La tensión y las características de • La producción de rollos de alta

rebobinado son regulables para adecuarse a los diversos tipos de películas. La información sobre la velocidad de la bobina y el diámetro

calidad requiere tucos con estabilidad y concentricidad adecuadas.

• Los tucos se sostienen con portatucos en cada extremo o sobrevelocidad de la bobina y el diámetro

de rollo se procesa electrónicamente, con el propósito de controlar los mandos CA de levante y

ió d l t í ti

portatucos en cada extremo o sobre ejes que son capaces de sostener varios tucos si ellos son de diseño de expansión neumática. Los tucos mas

programación de las características de rebobinado.

• Si hay requerimientos estrictos de deprecisión se usa control directo de

usados son de 76, 152, 203 mm de diámetro interior.

• Los ejes de rebobinado son sostenidos por mandriles operadosprecisión, se usa control directo de

tensión de bobina. La tensión es supervisada por un rodillo de medición o un rodillo danzarín y el d i i l d d l

sostenidos por mandriles operados mecánica o neumáticamente.

decrecimiento controlado del diámetro del rollo a la característica de rebobinado programada.

Tecnología de control, medida y automatización

• Los objetivos de la automatización son losLos objetivos de la automatización son los siguientes:

Mejora de la calidad– Mejora de la calidad– Ahorros de material

Aumento de producción– Aumento de producción– Ahorros de energía

Tecnología de control, medida y automatización

• En producción de películas los resultadosEn producción de películas, los resultados son, en adición a un control mas estricto de los parámetros del proceso operación maslos parámetros del proceso, operación mas simple y mayor seguridad ocupacional. Los parámetros mas importantes de la extrusiónparámetros mas importantes de la extrusión plana son los que figuran en la vista siguiente.

Temperatura de fusiónTemperatura de fusión

• Medida por termómetros de resistencia oMedida por termómetros de resistencia o termocuplas en el sistema adaptador entre el tornillo y el cabezal ranuradotornillo y el cabezal ranurado.

Presión de fundidoPresión de fundido

• Medida por un transductor de presiónMedida por un transductor de presión, generalmente en dos posiciones: en el adaptador entre la punta del tornillo y eladaptador entre la punta del tornillo y el cambia filtro – el extrusor se para por un corte después de alcanzar la presión máximadespués de alcanzar la presión máxima regulable – y en el adaptador antes del cabezal ranuradocabezal ranurado.

TemperaturasTemperaturas

• Medidas por termómetros de resistencia oMedidas por termómetros de resistencia o termocuplas en las zonas de calentamiento en el cilindro en el sistema adaptador en elel cilindro, en el sistema adaptador, en el cambia filtro, en le cabezal ranurado, a la entrada y salida del fluido de intercambio deentrada y salida del fluido de intercambio de calor a los cilindros de enfriamiento y colada, y en la alimentación de aire a la cuchilla dey en la alimentación de aire a la cuchilla de aire.

OtrosOtros • Posición de la cuchilla de aire y presión

d l i• Flujo de líquido: medido en el agente de

l t i t f i i t ldel aire.• Espacio entre rodillos y presión de

contacto en líneas de rodillos de pulido.• Velocidad y consumo de energía de los

calentamiento o enfriamiento en los rodillos de enfriamiento y colada y en las secciones controladas por líquido en el extrusor.y g

motores CA para el tornillo del extrusor y las unidades dosificadoras.

• Velocidades: medidas por tacogeneradores de diseño digital o por

• Espesor de película: medido sin contacto, continua por sensores transversales usando principios radiométricos (radiación infrarroja, beta o lambda), perfil tacogeneradores de diseño digital o por

contómetros de pulso en los rodillos de enfriamiento, colada y arrastre.

• Tensión de bobina: medida en rodillos equipados con celdas de carga o por

longitudinal o transversal en pantalla con impresora adjunta.

• Control de calidad: medida de la transmisión de luz (transparencia) en línea equipados con celdas de carga, o por

rodillos danzarines en la sección de transporte y el área delante del rebobinador.

( p )en la sección transporte.

Diseños especiales de líneaDiseños especiales de línea

• Unidades de arrastre para películas planasUnidades de arrastre para películas planas gofradas

• Enfriamiento por tina de agua• Enfriamiento por tina de agua• Unidades de arrastre para películas

bi i t dbiorientadas

Unidad de arrastre de películas gofradas

• Las películas especiales como las de PE paraLas películas especiales como las de PE para el sector higiénico (pañales, toallas sanitarias) son gofradas en líneas separadas oson gofradas en líneas separadas o producidas directamente durante la extrusión sobre un rodillo de colada que tiene un patrónsobre un rodillo de colada que tiene un patrón de gofrado apropiado. La película se presiona contra el rodillo de colada con un rodillo decontra el rodillo de colada con un rodillo de caucho. El resto de la línea es similar a una normalnormal.

Enfriamiento en tina de aguaEnfriamiento en tina de agua

• En algunas aplicaciones se usa una tina deEn algunas aplicaciones se usa una tina de agua en vez de un rodillo frío. Las películas de PP o PEAD coladas para líneas de cintasPP o PEAD coladas para líneas de cintas estiradas (rafia), se hacen con baño de agua para proporcionar un enfriamiento balanceadopara proporcionar un enfriamiento balanceado en las dos caras. El agua que arrastra la película tiene que ser removida de ellapelícula tiene que ser removida de ella.

Nomograma: correlación de producción Q (kg/ hr) velocidad de arrastre v (m /min) ancho de película BNomograma: correlación de producción Q (kg/ hr), velocidad de arrastre, v (m /min), ancho de película B (mm), y espesor de película s (µ) para películas planas coladas en el rango de espesor de 10 a 200 µ. Peso específico ρ = 1.0 g/ cc.

Nomograma: correlación de producción Q (kg/ hr) velocidad de arrastre v (m /min) ancho de película BNomograma: correlación de producción Q (kg/ hr), velocidad de arrastre, v (m /min), ancho de película B (mm), y espesor de película s (µ) para películas planas coladas en el rango de espesor de 0.1 a 2.0 mm. Peso específico ρ = 1.0 g/ cc.

Nomograma: correlación entre espesor de material, diámetro de rollo terminado, longitud de película, velocidad de arrastre y tiempo de corrida

Comparación de propiedades de película coextruídade película coextruída

Película soplada Película plana

Velocidad de producción

Variación de ancho

Depende de IF, volumen de aire soplado, espesor

+

Independiente del material

-

Requerimiento de energíaBrillo

Espectro de material

OO+

O/-+

++pOrientación

PlanitudRefile de bordes

BiaxialO+

Monoaxial+O

Calidad de rolloTolerancias

Transparencia

++O

O++p

Estructura de capas O +

PCPE 12.1998, p.10

Propiedades de películas no orientadas de PP – 25 um

Propiedades Copolímero HomopolímeroDensidad, g/ml 0.89 0.90

Opacidad, % 2 2

Brillo, % 86 86

R i t i l t ió iResistencia a la tensión, psiDMDT

8,6005,200

9,2006,300

Alargamiento, %DM 500 600DMDT

500650

600650

Modulo secante 1 %, psiDMDT

70,00070 000

100,000100 000DT 70,000 100,000

Rango de termosellado, ºC 270-330 330-370

VTVA, g/25 um, 100 pulg2, dia, 90 % HR, 100 ºF 0.8 0.7

Permeabilidad al O2, ml. 25 um/100 pulg2 dia, atm, 23 ºC, 0 % HR 240-300 240-300, p g , , ,

Aplicaciones comercialesAplicaciones comerciales

• Películas coladas de PPPelículas coladas de PP• Películas estirables (stretch) y pegajosas

(cling)(cling)• Películas de barrera• Películas mono orientadas• Películas gofradasg• Películas para oficina• Películas esterilizables• Películas esterilizables

Películas coladas de PPPelículas coladas de PP• Estas se usan para un amplio

rango de aplicaciones de embalaje flexible tales como envoltura de textiles, pan y flores, o como

lí l d t idpelícula de retorcido para envoltura de caramelos, tapas de sello pelable, así como para uso en laminación y metalización. Textiles Twisting

Frescos Secos

Películas estirables y pegajosas (cling)

• La película coextruída de penvoltura estirable de PEBDL se usa para envolver paletas manual opaletas manual o automáticamente y para uso agrícola. Para la película pegajosa de 10 µ se usa una mezcla de PEBD y PEBDL para proporcionar alto p p pestiramiento y pegado en aplicaciones de largo plazo.

Estructuras estirables coladasAño Estructura Detalles 1977 PEBD 29 µ19771980

1990

PEBDEVA + PEMBD / PEBDL C4 / EVA + PEMBD; 10 / 80 / 10

PEBDL C6 / m PEBDL / PEBDL C4 / m PEBDL / PEBDL C6;

29 µ23 µ

20 µ1990

2000

PEBDL C6 / m-PEBDL / PEBDL C4 / m-PEBDL / PEBDL C6; 10 / 20 / 40 / 20 / 10

PEBDL C6 /m-PEBDL / PEBDL C4 / m-PEBDL / PEBDL C4 /

20 µ

14 16 µ2000

2003

PEBDL C6 /m PEBDL / PEBDL C4 / m PEBDL / PEBDL C4 / m-PEBDL / PEBDL C6; 10 / 11/ 23.5 / 11 / 23.5 / 11 / 10PEBDL C6 / m-PEBDL / PEBDL reciclado / PEBDL C4 / PEBDL reciclado / m-PEBDL / PEBDL C4 / m-PEBDL /

14 - 16 µ

13 µ2003 PEBDL C6; 10 / 11/ 12 /11.5 /11 / 12 / 11.5 / 11 / 10 13 µ

La primera capa lleva un aditivo pegajoso y la última un aditivo deslizante.

Películas de barrera

• Películas multicapaPelículas multicapa con EVOH o PA se usan para envasadousan para envasado de alimentos y proporcionar una vidaproporcionar una vida de anaquel prolongadaprolongada.

Películas mono orientadasPelículas mono orientadas• Estas películas se usan

para aislamiento de cables (compactas o espumadas), cintas dh i lí ladhesivas, películas y

cintas decorativas y para películas de PE de retorcido (twisting)retorcido (twisting).

• Materiales– PP, EPP, PA, PEAD

MOPP MOPE 25 100 μm– MOPP, MOPE, 25 - 100 μm – EPP, 90 - 130 μm

Sistemas ODMSistemas ODM• Las unidades de orientación en

dirección de la maquina se usan principalmente para estirar películas termoplásticas y mejorar así sustancialmente sus propiedadessustancialmente sus propiedades. Las siguientes propiedades están influenciadas con este proceso:

– Brillo, transparencia y cristalinidad.P i d d á i t l– Propiedades mecánicas tales como alargamiento, resistencia a la tensión, y encogimiento.

– Permeabilidad al vapor de agua en el caso de materiales cargadosde materiales cargados.

– Propiedades de barrera – en el caso de PA y EVOH.

Películas gofradasPelículas gofradas• Las películas para pañales, toallas

sanitarias y productos hospitalarios desechables son gofradas para conseguir un efecto t til l t ttextil al tacto, ser suaves e impermeables.

• Materiales: – PP-Homo, PP-Copo con hasta 70 %

CaCO3 – PEBD, PEBDL, mPEBDL con hasta 70

% CaCO3

• Gramajes:15 - 50 g/m2

Películas para oficinaPelículas para oficina

• Las películas de PP seLas películas de PP se usan para diferentes usos como, bolsas, fólderes, divisores, índices, ajustadores. L fi iLas superficies son suaves, con efecto de cáscara de naranja ocáscara de naranja o con gofrado especial.

Películas esterilizablesPelículas esterilizables

• Estas películas se usanEstas películas se usan como parte sellable de un laminado para envasado de carnes, pescado, sopas, etc.

• Los laminados pueden ser:PET/OPA/ALU/CPP

Alimentos Hospitalarios

• PET/OPA/ALU/CPP• PET/ALU/PET/CPP

Laminados de hojalata

ReferenciasReferencias

• Plastic Extrusion Technology FriedhelmPlastic Extrusion Technology, FriedhelmHensen – Hanser Publishing

• The Wiley Encyclopedia of Packaging• The Wiley Encyclopedia of PackagingTechnology, 2nd EditionSLM• SLM

• Battenfeld Gloucester• Windmoeller & Helscher

extrusion de películas y láminas coladas

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