MOLDEO POR INYECCIÓN SOPLADO

Preparado por

Héctor Touzet Marín

2009

Inyección Soplado

• Introducción• Ventajas y limitaciones• Sistemas

– Inyeccion soplado– Inyección soplado vs Extrusión soplado– Inyeccion estiramiento soplado

• Envases PET termoresistentes• Tubos y fuelles

Moldeo por Inyección Soplado

• La preforma es moldeada por inyección

• La preforma es colocada el maquina de moldeo por soplado

• La preforma se calienta y se sopla con aire comprimido

• La parte es retiradaPreforma PET

Moldes y Boquillas

• Consideraciones generales para moldes y boquillas (para inyectar las preformas)– Tipo de acero

– Multicavidad

Formación de Preforma

• Colocación de Material

• Optimización de estiramiento

Consideraciones generales del molde de soplado

• El moldeo por soplado es a menor presión que el moldeo por inyección– Los moldes de soplado no tienen requerimientos de

alta resistencia• Los moldes de aluminio son mas comunes

• Maquinado o Colado

• Ventilación

• Simetría

Barra de estiramiento

Molde de soplado

Preforma caliente

Cavidad

Acción de barra de estiramiento y flujo de aire

comprimido

Botella soplada

Molde cerrado con preforma

Moldeo por estiramiento soplado

Introducción

El plástico fundido es inyectado dentro de una cavidad de preforma alrededor de una barra núcleo. La preforma resultante que parece un “tubo de prueba”, se transfiere, mientras está caliente, en la barra núcleo a la cavidad de moldeo por soplado. Aquí, el aire que circula a través de una válvula del núcleo, infla la preforma. Cuando se enfría la botella es removida del molde.

Molde de soplado

Botella soplada

Flujo de aire a través de una válvula en el núcleo central

b) Etapa de soplado de botella

Anillo de cuello

Placa de transferencia

Placa eyectora

Dirección de transferencia

Anillo de cuello

a) Etapa de inyección de preforma

c) Etapa de eyección de botella

Molde de preforma

Boquilla de inyección

Preforma moldeada

Núcleo central

Proceso básico de moldeo por inyección soplado

EPT 1997, p. 87

Introducción

• Es un proceso en el cual la preforma es estirada tanto axialmente como radialmente, resultando en orientación biaxial.

• Esta orientación proporciona mayor resistencia a la tensión (carga de tope), menor permeabilidad debido a un alineamiento mas estrecho de las moléculas, y una resistencia mejorada al impacto por caída, claridad y menor peso del envase.

• No todos los termoplásticos pueden orientarse. Los mas usados son PET, PAN, PVC, y PP.

• Los materiales amorfos como el PET con un amplio rango de termo plasticidad son los mas fáciles de estirar soplar que los parcialmente cristalinos como el PP.

Método de una etapa

• En este método , las etapas de moldeo de preforma, condicionamiento térmico, y moldeo por soplado se hacen en la misma máquina.

• Este método es considerado el mejor para tarros de boca grande y es ideal para botellas de forma oval o secciones transversales especiales.

• El método permite una apariencia cristalina.

• Tampoco es necesario un anillo de manipulación de preforma, el cual puede alterar la apariencia estética.

• El arreglo de moldes y maquinaria es fácil, haciéndolo ideal para corridas cortas.

• Finalmente, hay un ahorro de energía porque la preforma no se recalienta.

Método de dos etapas

• En este método, conocido también como “recalentar y soplar”, la inyección de la preforma se lleva a cabo en una operación separada del calentamiento y soplado.

• Este método permite la optimización independiente de la inyección de la preforma y el soplado de la botella. Mas aún, no se compromete el desempeño de la botella en su resistencia al impacto, peso, barrera a los gases.

• Hay disponibilidad de equipos de muy alta producción. También el productor puede hacer o comprar preformas.

• Este proceso que permite inyectar una preforma en un local y luego despacharla a otro local para soplado, ha permitido a algunas empresas convertirse en fabricante de preformas y venderlas a los productores de botellas sopladas.

• Es el proceso mas barato para producir envases orientados de PET.

• De esta forma se puede fabricar equipos de muy alta velocidad.

• Frecuentemente, la producción de las preformas y las botellas está separada físicamente en diferentes plantas, las cuales pueden estar en diferentes distritos, ciudades o provincias.

EPT 1997, p.88

Inyección de preforma, 535 ºF

Resina PET fundida en inyectora

Enfriamiento rápido de preforma

Resina PET secándose en tolva enchaquetada

Método de una etapa

Acondicionamiento de preforma

Estiramiento soplado de preforma

Enfriamiento rápido de botella

Recalentamiento de preforma

Método de 2 etapas

Temperatura de fusión de PET cristalino, 490 ºF

Temperatura max, de crecimiento de PET cristalino, 350 ºF

Temperatura de transición de vidrio de PET, 180 ºF

Temperatura ambiental

Tiempo de almacenamiento

Comparación de los procesos de moldeo de 1 y 2 etapas

Tiempo

Tem

pera

tura

Inyección de preforma

Precalentamiento de preforma

Estiramiento y soplado

Retiro de botella

Introducción

• En el proceso de moldeo por inyección soplado, la resina fundida es inyectada dentro de una cavidad alrededor de un barra núcleo. La preforma resultante de forma de “tubo de prueba”, mientras está caliente, es transferida del núcleo a la cavidad de un molde de soplado de botellas. El aire que pasa a través de una válvula en el núcleo infla la preforma. La botellas formada se retira después de enfriarse.

• Hoy día, el moldeo por inyección soplado se hace en máquinas de tres y cuatro posiciones.

• En la máquina de cuatro posiciones, la posición extra se usa para una variedad de propósitos, tales como la detección de una botella sin eyectar, condicionamiento de la temperatura de la barra núcleo, condicionamiento de la temperatura de las preformas, decoración de la botella y presoplado de la preforma. La segunda y tercera son las mas comunes.

Ventajas

• Se usa para botellas pequeñas (< 500 ml).• Se pueden usar la mayoría de las resinas plásticas.• Libre de desperdicios: no hay rebabas que reciclar,

no hay recorte después del moldeo.• La rosca moldeada por inyección proporciona

dimensiones mas exactas y permite formas especiales para tapas de seguridad complicadas y contra adulteración.

• Control del peso de la botella exacto y repetible.• Excelente acabado y textura de la superficie de la

botella.

Moldeo por Estiramiento Soplado

• Tambien conocido como moldeo por soplado biorientado, es un proceso para obtener un alineamiento molecular biaxial dentro de las paredes laterales de una botella soplada.

• Esta orientación biaxial de la estructura molecular de un polímero puede mejorar significativamente la resistencia al impacto, transparencia, brillo superficial, rigidez y barrera a los gases de una botella.

• Fundamentalmente el proceso requiere una preforma, que se condiciona a una temperatura adecuada que le permita ser inflada y alinear su estructura molecular pero lo suficientemente fría para mantener este alineamiento molecular

• La preforma puede ser moldeada por extrusión o inyección; sin embargo, la precisión del moldeo por inyección le ha permitido convertirse en el método predominante en la fabricación de botellas.

• Muchos plásticos se pueden biorientar, pero dos de ellos, PET y PP, son los mas usados. Otros plásticos usados, son PVC, SAN, PEN.

• Para estirar la preforma en la dirección horizontal, se usa presión de aire. Para estirar la preforma en la dirección vertical, se usa presión de aire y una barra de estiramiento.

• La presión de aire necesaria puede ser muy alta; las aplicaciones en PET requieren 4100 kPa.

Wei Li PET stretch blow moldingmachine WL-AP03

Método Híbrido

• En este caso, las etapas de producción de la inyección de las preformas se lleva a cabo en una operación separada del calentamiento y soplado, pero conectadas fisícamente con un transportador.

• Para algunos fabricantes de botellas, este método permite un mejor balance de de la productividad de la etapa de inyección con la de soplado, pero la ventaja principal es la conveniencia de la manipulación de las preformas entre las etapas.

Ventajas y limitaciones

• El proceso está libre de desperdicios• Las botellas no requieren refilado

posterior• Las dimensiones del cuello son

moldeadas con gran exactitud, algo muy importante para sistema de cierre por presión o resistente a niños.

• El control del peso de la botella es extremadamente preciso dentro de un rango de 0.2 grs.

• La configuración de la maquinaria limita el tamaño de la botella a 4 litros o menos.

• Debido al costo relativamente alto de los moldes, este proceso no es económico para botellas de mas de 500 cc, sino para botellas de menos de 250 cc.

• Finalmente, el proceso limita la forma y proporción de la botella. No se pueden usar formas demasiado planas o con asas.

• El proceso se usa mayormente para botellas de fármacos y cosméticos porque frecuentemente estas son pequeñas, tiene acabados de roscado muy precisos. Es el proceso de elección para viales de 1, 5, 10 cc.

Sistemas

• Se han desarrollado diseño de máquinas de 2, 3 y 4 estaciones rotativas. Las dos primeras son las mas comunes.

• El diseño de 3 estaciones comprende:

• Molde de la preforma

• Molde de soplado

• Eyección de la botella

Inyección Soplado vs Extrusión Soplado

• Inyección Soplado,– Usado para botellas de menos

de 500 cc.– El mejor proceso paras PS; se

puede usar la mayoría de las resinas

– No hay desperdicios que reciclar.

– Se obtiene las dimensiones mas exactas en la rosca de la botella.

– Control de peso de botella exacto y repetible.

– Excelente acabado o textura superficial de la botella.

• Extrusión soplado,– Usado para botellas mas

grandes, > 250cc.– El mejor proceso para PVC, se

pueden usar casi todas las resinas si la resistencia del fundido es adecuada.

– Pocas limitaciones de forma de botella.

– Moldes de bajo costo, ideal para corridad largas o cortas.

– Control de peso ajustable.

Temperaturas de las resinas mas comunes

Material Fusión, ºC Estiramiento, ºC

PET 280 107

PVC 180 120

PAN 210 120

PP 240 160

Material Razón de estiramiento Orientación, ºC

PET 16/1 90 – 106

PVC 7/1 99 – 106

PAN 9/1 104 – 127

PP 6/1 127 - 138

Razones de Estiramiento

PETÁcido tereftálico Etilén glicol

Tereftalato de polietileno

PETPropiedad Valor

Tg, (temperatura de transición de vidrio) ºC

Tf, (temperatura de fusión) ºC

Densidad, g/cm3

Rendimiento, m2/kg

Resistencia a la tensión, MPa

Módulo de tensión, MPa

Alargamiento a rotura, %

Resistencia al desgarre, gr/25µ , película

VTVA, gr/m/mt2.dia a 37 ºC, 90 % HR

Permeabilidad O2, 25 ºC, cm3/ µm/mt2 día atm

Permeabilidad CO2, 25 ºC, cm3/ µm/mt2 día atm

Absorción de agua, % 0.32 cm espesor 24 h

73-80

245-265

1.29-1.40

30

48.2-72.3

2,756-4,135

30-3,000

30

390-510

0.12-0.24

0.59-0.98

0.1-0.2

Control de Calidad

• Viscosidad Intrínseca

• Análisis de Acetaldehido

• Color

• Humedad

• Resistencia al apilamiento

• Resistencia a la Reventazón

Procesamiento

• Secado

• Moldeo por Inyección

• Estiramiento Soplado

Secado

• Condiciones de secado

• Arranque del secador

• Especificación del secador

• Nivel de resina en el secador

Secado • Condiciones de secado

• La resina seca debe tener una humedad no mayor de 50 ppm.

• Temperatura de secado: 160 – 180 ºC

• Tiempo de secado: 5 – 6 horas.

• Arranque del secador

• El perfil de tiempo / temperatura al arrancar el secador es:

• La primera hora a 120 ºC

• La dos horas siguientes: 150 ºC

• Las próximas dos horas: 180 ºC

• Especificación del secador

• Debe calentar hasta 200 ºC.

• Debe entregar un flujo de aire de aproximadamente 0.062 mt3/ min por kg/ hr de resina a procesar.

• Debe entregar aire deshumedecido con um mínimo de – 40 ºC punto de rocío.

• Nivel de resina en el secador

• Debe tener 5 o 6 veces la capacidad de la inyectora en kgs / hora.

Planta de secado de PET en una máquina inyectora de preformas

Packaging Int’l 2000, p. 45

Diseño de la preforma

• La altura de la botella y la relación de estiramiento axial determina la longitud de la preforma.

• Una vez que el diseño de una botella ha finalizado, la preforma puede ser seleccionada de diseños disponibles o puede ser hecha especialmente para la nueva botella. La mejor calidad y productividad de la botella solo puede ser obtenida si se usa la preforma correcta.

• Un buen acabado de cuello y peso de la parte son necesarios pero no suficientes – las dimensiones de la preforma deben ser las correctas para las dimensiones y las relaciones de estiramiento de la botella.

• La consideración de la facilidad de soplado y moldeo de la preforma pueden también tener un impacto significativo en la productividad. Estos son algunos de los pasos que pueden estar involucrados en el diseño de la preforma.

• El diseño de la preforma comienza con el acabado del cuello, el cual determina los diámetros justo por debajo del cuello. Una botella generalmente tiene una región recta corta en esta zona, la cual es también transferida a la preforma.

Tamaños de preformas Tamaños de botellas

Altura desde la base del anillo (A) Diámetro interno (B) Altura desde la base del anillo (A)

min. 08 mm - max. 30 mm min. 19 mm - max. 43 mm min. 100 mm - max. 340 mm

Hilera del cuello (C) Diámetro de botella circular (B)

BPF 28 - PCO-H - "30 - 25" - 3 hileras (hasta 38 mm) min. 50 mm - max. 110 mm

Diámetro del cuello (D) Altura bajo la base del anillo (E) Diagonal de botella rectangular (C)

min. 22 mm - max. 48,5 mm min. 60 mm - max. 145 mm min. 50 mm - max. 110 mm

Diámetro bajo la base del anillo (F) Capacidad

min. 20 mm - max. 40 mm min. 0,2 lt - max. 2,25 lt

Diseño de la preforma

• El diámetro de la botella y la relación de estiramiento del anillo determinan el diámetro interior de la preforma (o diámetro del núcleo).

• El espesor de la pared se ajusta para alcanzar el peso requerido de la parte. Alternativamente, el espesor de la pared puede decidirse mas antes en el proceso, desde que esta dimensión tiene el mayor impacto sobre la productividad del moldeo de la preforma.

• El diseño de la región de transición entre la línea del cuello y el cuerpo de la preforma es lo mas sujeto a variación. Los factores pueden incluir la forma del hombro de la botella, el diseño del molde apilado de la preforma, y la habilidad para posicionar las lámparas para recalentar la región en un horno de una maquina de soplado de 2 etapas.

Inyección

• Parámetros– Temperatura de la resina

– Perfil de temperatura del cilindro

– Temperatura de la boquilla

– Temperatura del múltiple de la corredera caliente

– Temperatura del agua de enfriamiento

– Velocidad de inyección

Sabic

Inyección

• Temperatura de entrada de resina

• Se recomienda una temperatura de 160 – 170 ºC para la resina en la zona de alimentación del tornillo.

• Perfil de temperatura en el cilindro

• Para resinas diferentes a la grado agua, se recomienda usar las siguientes:– Zona de alimentación: 265 ºC– Zona de dosificación: 280 ºC

• Sin embargo, para la resina grado agua, se recomienda usar un perfil en reversa:– Zona de alimentación: 280 ºC– Zona de dosificación: 265 ºC

• Otras temperaturas– Boquilla: 270 – 280 ºC

– Múltiple de la corredera caliente: 270 –280 ºC

– Entrada de agua de enfriamiento al molde: 7 – 8 ºC

• La temperatura del molde – Depende del producto final deseado.

Para productos amorfos, debería usarse un molde enfriado por agua (5 a 20 ºC, dependiendo del espesor), para prevenir la cristalización, ya que esto afecta la transparencia. Para productos completamente transparentes de desperdicio de botella, el espesor está limitado a 3 – 4 mm.

Inyeccion

• Tiempo de residencia• El procesamiento óptimo del PET se

asegura manteniendo el material tan poco como sea posible dentro del cilindro. El tamaño de la máquina debería por tanto, ser tal que que el volumen del producto sea 50 a 60 % de la capacidad máxima de inyección. Algunos proveedores de resina recomiendan tiempos de residencia máximo de 5 – 10 minutos.

• Tornillo

• Muy buenos resultados se obtienen con tornillos estándar con una relación L/D de 18 a 24 y con una profundidad de hilera suficiente, especialmente cuando se usa material en escamas. Para prevenir flujo en retorno del fundido el ternillo debería equiparse con una válvula check.

Packaging & Bottling Int’l, 02.2001, p. 60

Inyección

• Velocidad de inyección

• Lo que se requiera para llenar la cavidad con mínimo esfuerzo y dependiendo del tamaño de la compuerta.

• Presión y velocidad de inyección

• Cuando el PET está fundido tiene baja viscosidad, y buen flujo de la masa fundida.

• En el PET amorfo no hay peligro de enfriamiento por cristalización. Luego una velocidad de inyección moderada será suficiente

• Para los grados cristalizables, debería usarse una alta presión y velocidad de inyección para prevenir un enfriamiento prematuro, especialmente para productos de pared delgada.

• La presión y tiempo de sostenimiento deberían ser lo suficientemente altos para prevenir el rechupado. Una presión de sostenimiento muy alta puede causar marcas visibles y a veces los esfuerzos.

Compuerta

• Pueden usarse los sistemas convencionales: túnel, ventilador, aguja o pasador, etc.. Al contrario de otros polímeros, los sistemas de corredera o colada caliente y de compuerta requieren especial atención porque el PET tiene tendencia a enfriarse. Por tanto, es necesario un sistema adecuado de calentamiento. Las compuertas tiene que escogerse adecuadamente para minimizar la deformación.

Packaging & Bottling Int’l, 02.2001, p. 62

Cavidad Núcleo

Anillos del cuello o separaciones

Inserto de compuerta

Circuitos de enfriamiento de agua en áreas azules

Entrada de agua

Salida de agua

Placa del núcleoPlaca de desmolde

deslizantesPla ca dela cavidad

Molde

• Cuando las secciones son muy gruesas, necesitan mucho tiempo para disipar la energía térmica del moldeado, lo que podría originar una apariencia opaca, causada por el inicio de cristalización.

• En el caso de productos amorfos, se deberían proveer eyectores suficientemente grandes.

• Para moldeado de productos cristalinos (siempre y cuando el PET tenga aditivos promotores de cristalización), se sugiere temperaturas de 130 ºC.

• Estas temperaturas se obtiene con sistemas de calentamiento cerrado y usando aceite o agua como medio de transferencia de calor.

• Para temperaturas constante de molde, este debería aislarse de la inyectora usando planchas de aislamiento térmico. La temperatura alta en el caso de los productos cristalinos, es necesaria para obtener un grado alto de cristalinidad. Esto es importante cuando es una aplicación de alta temperatura. De otra manera el producto pierde estabilidad dimensional.

Las preformas colocadas en el molde

Botellas Formadas

Detalles de procesamiento

• Tiempo de enfriamiento • Esto depende de la composición del material.

Los productos amorfos necesitan un tiempo largo para permitir que la pieza se eyecte sin deformación. Un espesor de pared grande originará un mayor tiempo de enfriamiento. Los grados nucleados y reforzados muestran una rápida cristalización. La estructura resultante tiene un módulo alto que le

permite la eyección en corto tiempo.Boquilla – El procesamiento del PET se hace

normalmente con una boquilla abierta y con control de descompresión. También pueden usarse boquillas hidráulicas, siempre que tengan un buen control de temperatura.

– Las boquillas cortas con un orificio de diámetro amplio (< 3mm) previenen la caída de presión y el desarrollo de calor friccional.

• Paradas de producción y cambios de material– Las paradas cortas de producción a

temperatura de proceso no presentan problemas para el PET, siempre que no hayan aditivos inestables (retardadores de flama). Para paradas mas largas, es recomendable purgar la máquina con PP o PEAD antes de bajar la temperatura del cilindro. El purgado es recomendable también cuando se cambia de PET a otro material o viceversa.

Detalles de procesamiento

• Coloración– Se debe hacer con concentrados

de color (masterbatch), basados de preferencia en PET. En algunos casos, un concentrado universal puede causar problemas (claridad). Cuando se usa pigmento en polvo es ventajoso recubrir lo gránulos de PET con 0.1 % de aceite para polvo, antes de mezclarlo con el pigmento.

• Efecto de los contaminantes– Cuando se usa reprocesado, es

muy importante remover todos los contaminantes que puedan causar hidrólisis. Estos pueden ser el agua, soda cáustica , detergentes alcalinos del lavado y enjuague, o HCL del PVC. La hidrólisis lleva al degradación de la cadena del polímero, bajando a su vez el valor de la IV.

Problemas de inyección

• Disparos cortos

• Rechupado

• Rebaba

• Marcas de agua

• Contaminación / puntos negros

• Líneas de flujo

• Concentricidad

• Compuerta cristalina

• Compuerta larga

• Burbujas de aire

• Patrón de esfuerzo

• Fibrosidad

• Preformas opacas

• Compuertas huecas

• Preformas descoloridas

• Líneas sobre el acabado

• Compuertas quemadas

• Acabado oval

• Quemaduras de gas

• Alto AA

Inyección Estiramiento soplado

• Las máquinas mas conocidas son.

• Una sola etapa,– Aoki, Nissei, Uniloy, etc.

• Dos etapas,– Sidel, Krupp, Sipa, etc

Estiramiento Soplado

• Parámetros a controlar:– Temperatura de la preforma

– Perfil de recalentamiento en el horno y porcentaje total del horno

– Escudos del horno

– Velocidad de soplado

– Velocidad de la barra de estiramiento

– Tiempo de soplado

– Presión de soplado

– Enfriamiento del molde

• La optimización de estos parámetros depende de varios factores tales como:– Diseño de la preforma

– VI de la preforma

– Características de absorción infrarroja de la preformas

– Diseño de la botella

Alimentación de la preforma

• Las preformas que están en una tolva, son orientadas automáticamente y colocadas en guías inclinadas. Con el cuello hacia arriba, ellas bajan hasta alcanzar la rueda giratoria.

• En caso de problemas de atoro o unidades defectuosas, la línea se para y se retiran las piezas. También se puede usar cámaras para detectar las piezas falladas.

Acondicionamiento térmico• Las preformas rotan alrededor de su eje

mientras se mueven a través del calentador. Este consiste e una serie de módulos de calentamiento equipado con lámparas infrarrojas de irradiación directa o indirecta que se insertan dentro de las preformas, mientras que la ventilación forzada provee el enfriamiento superficial de las piezas.

• En la primera mitad del calentador, las preformas son calentadas a la temperatura máxima. Una fase de estabilización intermedia en el centro favorece la penetración del calor y transporta el calor desde afuera hacia adentro de la preforma.

• En la segunda mitad del calentador, el calentamiento adecuadamente ajustado fija la sección longitudinal exacta de la preforma así como el gradiente de temperatura de sus paredes. Durante la fase de calentamiento, la boca de la preforma es constantemente enfriada usando un enfriador líquido o un sistema independiente de ventilación.

• En el último caso, la abertura de la preforma está protegida del efecto de las lámparas infrarrojas. A la salida, el tiempo de estabilización es corto, a fin de preservar el efecto de acondicionamiento hasta la fase de soplado. En la salida del calentador, hay un pirómetro montado que chequea la temperatura de cada pieza. Aquellas que no están dentro de los límites aceptables, son eyectadas. Si fuera necesario, también ajusta la temperatura de los calentadores.

Calentamiento directo de las preformas (Aoki)

• Este es un sistema diferente, por el cual las preformas son calentadas directamente en el área de inyección (calentamiento directo). El subsiguiente estiramiento y soplado se realiza antes de que la superficie de la preforma alcance la temperatura pico.

• Hay varias ventajas:

• Mejor cristalización y biorientación del PET, desde que pasa poco tiempo entre las fases de inyección y estiramiento soplado (enfriamiento rápido).

• La biorientación ocurre antes del aumento de temperatura en la superficie de la preforma (la cual es ligeramente mas fría adentro), debido a la migración del calor de adentro hacia fuera.

• Como consecuencia, el estiramiento es diferente en las diversas áreas de la preforma, de acuerdo a las diferentes temperaturas.

• Sin embargo, el proceso de estiramiento soplado ocurre antes de la cristalización interna de la preforma, a fin de prevenir la formación de grandes cristales.

• Por consiguiente, el envase final es mas transparente y fuerte tanto física como mecánicamente (mejor barrera a los gases).

• Mas aun, la máquina con calentamiento directo tiene solo 3 estaciones, sin la estación de acondicionamiento térmico, lo que permite considerables ahorros de energía.

• Ahorros por menor presión en el estiramiento soplado y menos moldes. En la fase de inyección , el molde está equipado con dispositivos especiales de enfriamiento para ajustar la temperatura de la preforma.

Soplado

• Las preformas acondicionadas son transportadas al as estaciones de estiramiento soplado. La rotación de la rueda estrella proporciona la secuencia correcta de las varias fases de biorientación.

• Unas válvulas controladas electrónicamente realizan el presoplado, soplado y desgasificado. El supervisor puede ajustar sus funciones sin parar la máquina.

• El mantenimiento se ejecuta a través de cartuchos automáticos de lubricación continua. Después de al fase de soplado, las botellas se extraen de los moldes y se transportan hacia la descarga pro medio de unos sujetadores ordenados, los cuales están mecánicamente sincronizados con la rueda estrella de soplado. En las máquinas de 3 estaciones, el soplado y la extracción ocurren al mismo tiempo.

Sistema combinado de soplado llenado

• La ventaja de este sistema para el usuario se derivan de la posibilidad de llenar las botellas inmediatamente después de su producción, por tanto evitando pasos intermedios como transporte, almacenamiento y enjuagado. Los resultados son: – Menores costos de botella (mayor

producción y menos mantenimiento)

– Optimización del espacio en la planta de producción

• Pero esto no es todo. El llenado inmediato después del soplado previene la potencial contaminación o deterioro de los envases, mientras que se mejora su higiene y las propiedades funcionales y visuales del producto terminado.

SOPLADO LLENADO KRONES1 traslado de preformas2 tolva de suministro3 faja vertical4 orientador5 módulo de calentamiento6 sopladora

7 transferencia con enfriamiento de base7.1 enfriamiento externo con agua helada7.2 drenaje de agua de enfriamiento8 llenador

Krones magazine 03.2002, p. 105

Opciones de enfriamiento de la base

Tiempo de enfriamiento en transferencia

Sin enfriamientoEnfriamiento externoEnfriamiento internoEnfriamiento externo e interno

Botella completamente moldeadaBotella recién salida del molde

segundos

tem

pera

tura

segundos

Sin enfriamientoEnfriamiento externoEnfriamiento internoEnfriamiento interno y externo

Momento de presurización

temperatura

Medición de temperatura en laboratorio

Problemas de soplado

• Acabado del soplado

• Daño de la superficie de sellado

• Cuello estrangulado

• Cuello doblado

• Cuello duro

• Hombro delgado

• Botellas calientes

Problemas de soplado

• Caída excesiva del punto de llenado

• Perlado

• Lados planos

• Deformación en las líneas de partición

• Cuerpo estrangulado

• Base muy pesada

• Base muy delgada

Problemas de soplado

• Lados calientes

• Baja resistencia de tope

• baja resistencia del cuerpo a la reventazón

• baja resistencia de la base a la reventazón

Botellas de alta barrera

• Opciones

• Multicapa

• Recubrimiento

• Inyección sobre inyección

• Secuestrador de oxígeno

• Pasteurización

EPN, 12.1999, p. 25

EPN, 10.1998, p. 104

Opciones para mejorar la barrera

Método Opción Aspectos críticos

Espesor de pared

Diseño de botella

Orientación (cristalinidad mecánicamente inducida)

Cristalinidad /inducida térmicamente)

Multicapa y recubrimiento

Materiales

Peso de preforma

Relación de superficie a volumen

Altos coeficientes de estiramiento, óptimo perfil de temperatura

Ingeniería de procesos, moldes calentados

Ingeniería de procesos, maquinaria

Ingeniería de procesos

Alto costo

Comercialización, aceptación del consumidor

Maquinaria, diseño de preforma

Inversión, capacidad de producción

Alto costo, reciclado

Disponibilidad, costos de material

Multicapa

• Coinyección– Schmalbach Lubeca

– Demag Ergotech

– Husky - Kortec

• Sobremoldeo– Husky – Plastipak

– Tetra Pak - Blox

Proceso de coinyección

• Si se usa el PET combinado con otros materiales , se deben cambiar las especificaciones de la inyectora. Este es el caso del material PET/PA/PET o PET/EVOH/PET. Estas son formulaciones especiales desarrolladas para proveer al material con propiedades específicas de barrera al O2 a través de la capa de PA o EVOH.

• Se necesitan dos unidades separadas de inyección. Primero se inyecta el PET y luego, a alta presión, la PA, la cual fluye uniformemente dentro de la preforma, donde el polímero preexistente está mas caliente y por lo tanto, líquido, siguiendo el “paso mas fácil”. Sin embargo, es difícil anticipar si esta distribución será realmente uniforme y completa.

Packaging & Bottling Int’l, 02.2001, p. 67

COMPONENTE PIELCOMPONENTE CENTRALZONA CALIENTE

PROCESODEMAG

RESINA PIEL RESINA CENTRO

AGUJA DE CIERRE

PROCESO DEMAG

Preformas coloreadas producidas en inyectoras Demag Ergotech usando diferentes ajustes para ilustrar los diversos niveles de llenado del material de barrera o reciclado, según sea el caso (en azul).

Sistemas llave en mano de coinyección de PET, KORTEC

PIEL NÚCLEO

Sistema de alimentación de fundido

Boquillas de coinyección

Compuertas Compuertas

Proceso de llenado por Coinyección, KORTEC Boquilla de Coinyección

MULTICAPA

MONOCAPA

BARRERA PASIVA

BARRERA ACTIVA /

PASIVA

CLAVE DE COLOR OXÍGENO CONTENIDO CO2

ABSORBE OXÍGENO

Nanocompuestos

• Son arcillas tratadas dispersas en una matriz de polímero. Las arcillas crean un paso tortuoso que atenúa la migración de O2.

• Su relación superficie a volumen es alta, su longitud es muy pequeña y el % de adición es bajo por lo que la resina mantiene su claridad.

• Las propiedades de barrera mejoran hasta diez veces.

• Se mejora la temperatura de distorsión térmica, por ejemplo la película de nylon 6 con 2 % de carga mejora su temperatura de distorsión de 60 a 135 °C.

• Sin embargo, para obtener una barrera consistente se debe reproducir una dispersión pareja y alineada en una dirección específica para crear el paso tortuoso, lo cual es todavía difícil.

EPN setiembre 2000, p. 31

Tuche Bräu, Bind Ox,37 grs, botella PET 1 lt.

VR 2001, p. 6

Miller, cervecería estadounidense, envasa estas 3 marcas en botellasPET de 5 capas

Botellas de 3 capas para cerveza, fabricadas por Ball(Schmalbach Lubeca)

Sobre moldeo

• Husky – Plastipak

• Tetra Pak - Blox

Husky - Plastipak

• El método de sobre moldeo se inicia usando moldeo por extrusión soplado para producir los forros (liners) de las preformas, los cuales pueden incorporar una capa de barrera entre dos capas de PET virgen. Los liners son luego transferidos a los núcleos del molde de inyección por un sistema automático de manipulación.

• Entonces, ellos son sobre moldeados con material reciclado, el cual forma el exterior de la botella.

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• El liner proporciona una capa interna de PET virgen de por lo menos 0.025 mm en la botella terminada, lo cual cumple las regulaciones de FDA.

• El uso de núcleos moldeados por extrusión soplado permite un control muy exacto del espesor de las capas, lo cual explica porqué pueden incluirse tan altas cantidades de reciclado en la preforma terminada comparada con aquellas producidas por coinyección.

Botella PET de alta barrera fabricada por Plastipak– EUA, bajo el sistema de sobre moldeo.

Tetra Pak – Blox (Dow)• Esta tecnología aumenta las propiedades de

barrera de las botellas Pet, sobre moldeando una capa externa en la preforma. Esta técnica permite ajustar el espesor de la capa de barrera para alcanzar las propiedades deseadas. Para cerveza se puede obtener una vida de anaquel mayor a 6 meses.

• Este es el nombre comercial de las resinas polihidroxi éteres, polihidroxiamino éteres y poliester éteres.

• Estas resinas combinan la adhesión y durabilidad de los epóxicos con la flexibilidad y procesabilidad de los termoplásticos.

• Las propiedades de barrera, según las patentes, son muy altas y son comparables con las de pvdc. Supuestamente estas propiedades de barrera no varían con la humedad.

• Tetrapak las está usando para recubrir las preformas de PET para fabricar botellas de alta barrera para cerveza.

• El proceso se denomina Sealica. Primero una preforma se moldea por inyección y luego, en la misma placa, una capa de Blox se sobre inyecta.

• Sin embargo, como su temperatura de transición vítrea aumenta conforme lo hacen las propiedades de barrera, se prevé que las mas impermeables serán tambien mas frágiles y menos flexibles a temperatura ambiente.

EPN enero 2000, p. 21

IP febrero 2000, p. 38

Recubrimiento

• Aminas epóxicas– PPG – Bairocade

• Plasma – Sidel – Actis

– Tetrapak

– Krones - BestPet

PPG - Bairocade

• Este proceso involucra un recubrimiento de barrera basado en aminas epóxicas y que se aplica en forma de aspersión sobre la botella. Este recubrimiento es menos sensible a la temperatura y al humedad que otras resinas de barrera. El recubrimiento es transparente y se aplica en proporción menor al 1 % de la botella terminada. Permite una vida de anaquel de 6 meses.

Sidel - Actis

• Esta tecnología crea una capa de 0.1 µ de carbono amorfo altamente hidrogenado dentro de una botella monocapa de PET.

• El proceso se lleva a cabo en una máquina con capacidad de 10,000 bph. Esta crea un vacío dentro de la botella e inyecta gas acetileno. Este gas se transforma en estado de plasma usando ondas electromagnéticas.

• Solo se usan pequeñas cantidades de gas; 3 mg se usan para procesar una botella de 0.5 lt.

• La primera cerveza blanca embotellada es Amadeus que usa una botella de 0.5 lt, que pesa 38 grs.

El material necesario para la capa de barrera se introduce dentro de la botella en forma de gas inocuo (acetileno) bajo condiciones de rango medio de vacío. Este vacío hace posible la formación de plasma frío, el cual es compatible con las propiedades de resistencia térmica de la botella.

Cuando se añade la energía de microondas, el gas se descompone en una nube de moléculas disociadas: iones, neutrones y fotones. Este es el estado plasma, el cuaarto estado de las materia. Este estado es anárquico, con elevads niveles de excitación molecular, energía y velocidad.

Dentro de la botella, las partículas finalmente golpean las paredes interiores de la misma. Conforme lo hacen, la súbita pérdida de energía origina un inmediato retorno al estado sólido. Este se convierte en el depósito, una capa de carbón amorfo altamente hidrogenado.

Una botella PET de cerveza, iluminada cuando se añade una capa de barrera de plasma Actis

Representación real de la capa de barrera proporcionada por el proceso Actis (foto tomada por un microscopio electrónico de escaneado).

Tetra Pak -

• La tecnología de recubrimiento de plasma está basada en óxido de silicio en vez de carbón. Durante el proceso, se alimentan los precursores de silicio y oxígeno y se usa energía de microondas para lograr la “ignición” del plasma. Para evitar el colapsamiento de la botella se aplica vacío externamente.

• El proceso crea un recubrimiento ultra delgado tipo vidrio el cual es transparente. La capa de 0.2 µda un desempeño de barrera tan bueno como el de una botella de vidrio. Asimismo, debido a que la barrera está entre el PET y el líquido, ayuda a eliminar cualquier contaminación. Supuestamente las botellas son reciclables.

Krones - BestPET

• Esta tecnología usa un recubrimiento de óxido de silicio (SiOx), al igual que el proceso Tetra Pak, pero recubre el exterior de la botella en vez del interior.

• De acuerdo al fabricante, esto aumenta las propiedades de barrera al doble y extiende la vida de anaquel de la cerveza por la menos 6 meses.

Las condiciones de plasma son creadas en un alto vacío a 10-4 mbar

Cámara de recubrimiento

Suministro de preformas

Estiramiento soplado

Canalestéril

Llenadora tapadora

El espesor es de 50 µ y se usa principalmente para las botellas de 0.5 lt. Para las botellas de 0.33 lt, se ha desarrollado el sistema BestPETPlus, el cual aplica la capa anterior y después un recubrimiento adicional de laca acrílica. En esta forma se compensa la desfavorable relación de área superficial y volumen de producto en este tamaño.

VR 2001, p. 14

Secuestrador de O2 - Amosorb

• Este es un copolímero PET, secuestrador de oxígeno, que se usa en forma de concentrado en las resinas PET.

• Beneficios,– Construcción monocapa para

facilidad de fabricación– La barrera al O2 puede

adecuarse a la aplicación– Aprobado para contacto con

alimentos

– Se usa con equipo estándar para PET

– Adecuado para llenado en caliente, pasteurización y aséptico.

– Potencial de reducción de espesor de botella

– Potencial para ciclos de producción mas cortos

– Ideal para botellas barrera de soplar llenar

Botellas PET convencionales

Envase estándar PET con o sin barrera pasiva: el oxígeno se mueve al interior y contenido

El oxígeno es removido por Amosorb.

Botellas PET con Amosorb

Pasteurización

• Toyo Seikan – S-Cosmos,– La penetración del PET en el

mercado de envasado de cerveza podría estar limitada por la incapacidad de las botellas estándar de PET para resistir el proceso de pasteurización.

– Toyo Seikan ataca el problema con un nuevo proceso de estiramiento soplado que produce botellas que resisten temperatura y presión.

– Ellas tienen paredes laterales termofijadas y estiradas que pueden resistir 75 ºC por 40 minutos a 3 volúmenes de gas.

– La tecnología se llama S-Cosmos y puede combinarse con un proceso de recubrimiento para producir botellas adecuadas para envasar cerveza pasteurizada.

TP 11.1999, p. 42

1+2) Fuera del mercado3) No está en el mercado por el momento4) Esperando nuevas tecnologías5) Pruebas completadas, no repetidas6) Esperando por experiencia de BestPet7) Aun en pruebas9) En progreso, también PEN 0.5/0.75/1.25 lts10) Ahora 3 capas12) Pruebas completas

VR 2001, p.7

Botellas de PET termoresistentes• También conocidas como termo fijadas o

termo estabilizadas. Se usan para aplicaciones de alimentos de alta acidez, tales como jugos de frutas, bebidas isotónicas que se procesan, llenan, y sellan a elevadas temperaturas (80 –85 ºC).

• Una botella normal de PET moldeada por estiramiento soplado no puede llenarse por encima de 65 C sin causar el encogimiento de la botella de los esfuerzos creados durante el moldeo en la etapa inicial de estiramiento y alineamiento molecular del PET.

• La técnica para fabricar un botella termo resistente considera el incremento de la cristalinidad del plástico en 28 % o mas.

• Esta cristalinidad se puede aumentar de dos formas: Inducida por esfuerzo o sea por soplado. O por cristalización termo inducida.

• La primera no es muy eficiente, y la segunda afecta la transparencia de la botella.

• El sistema por calor tiene dos enfoques: Un molde y dos moldes.

– En el primero se estira la preforma en un molde caliente y se le mantiene por un tiempo para permitir qaue las tensiones se diluyan y que los cristales necesarios se formen.

– En el segundo, se preestira la preforma en un molde . Esto es seguido por un recalentamiento de la preforma en un horno para eliminar tensiones y deformar la forma anterior. Esta nueva preforma es soplada en un segundo molde para producir la botella final.

Botellas PET termoresistentes

• El punto crucial es la rosca de la botella, la cual no debe deformarse.

• Hay dos formas de proveer estabilidad térmica:– Una es deliberadamente cristalizar la

rosca con calor para crear una estructura blanca esferulítica cristalina.

– La otra es, aumentar el espesor de la pared y el peso del material de la rosca. Esta funciona mejor ya que una rosca pesada no se calentará lo suficiente para que se deforme.

• Otra consideración para las botellas termoresistentes es el colapso por vacío, cuando es llenada en caliente, sellada sin espacio superior. La contracción térmica del producto crea fuerzas inducidas por vacío que la botella normal no puede soportar sin distorsionarse. Para eliminar esto las botellas se moldean con “paneles de vacío” que manejan estas distorsiones en forma uniforme.

Termofijado y otras modificaciones de las botellas

• La tecnología de envase casi caliente de Grafco se distingue por dos elementos innovadores - usa un envase semi termoendurecido que pesa lo mismo que una botella convencional de PET para gaseosa y utiliza la inyección de nitrógeno líquido para regular la presión del envase durante el enfriamiento evitando así la contracción.

• La empresa usa el sistema de inyección de nitrógeno líquido LN2000 fabricado por Reynolds Can Machinery.

• Este sistema inyecta una gota de nitrógeno líquido súper enfriado (-270 grados F) antes de tapar el envase. A temperatura ambiente el nitrógeno se convierte en gas expandiéndose 700 veces respecto a su volumen de líquido.

• Esto mantiene la suficiente presión interna para prevenir la contracción del envase durante el enfriamiento.

• El principal beneficio colateral de este desarrollo fue descubrir que el uso del nitrógeno ayuda a reducir la cantidad de oxígeno presente en el envase después del llenado. Esto le permite al envase tener una resistencia al oxigeno 4 veces mayor que el vidrio. Esto es posible también a que las tolerancias de ajuste de las tapas plásticas con envase PET son superiores a las de las tapas de metal sobre envase de vidrio.

El problema:Cuando los productos llenados en caliente se enfrían y la presión negativa se forma, puede ocurrir una contracciónque distorsiona la forma del envase.La solución:La inyección de nitrógeno liquido contrarresta la formación del vacío aumentando la rigidez y expulsando el oxigenoremanente para aumentar la vida de anaquel.

Botellas PET para llenado en caliente

Barra de estiramiento

Molde caliente

Aire de difusión

Canal de calentamiento

Base del molde

Krones magazine 1/2002, p. 82

Diagrama de procesos de formado de botellas

Pesos de botellas

Máquinas Novapax

• Todas las máquinas de inyección soplado están equipadas con cuatro estaciones, de manera que las cuatro etapas del proceso se ejecuten simultáneamente.

• Dos variaciones fácilmente intercambiables son posibles en el curso de la producción, dependiendo de los requerimientos específicos del producto.

• Variante A y B.

Variante A, control de temperatura de las barras núcleos

• (1) Moldeo de preformas

• (2) Soplado de la parte hueca

• (3) Separación de las partes de las barras núcleos.

• (4) Control de temperatura de las barras núcleos

Variante B, control de temperatura de las preformas

• (1) Moldeo de preformas.• (2) Condicionamiento térmico de

las preformas• (3) Soplado de las partes huecas.• (4) Separación de las partes.

Estación de separación

Moldeo de tubos colapsibles y fuelles

• Tanto los tubos colapsibles como los fuelles se producen por moldeo por inyección soplado.

• Los tubos colapsibles se producen de acuerdo a lo siguiente:

• Tamaño de tubos,– Diámetros: 12 – 60 mm

– Longitud del cuerpo: 50 – 220 mm

– Capacidad: 3 – 600 ml

– Espesor de pared: 0.2 – 1.3 mm

– Abertura: 1.5 mm y mas

• Formas,– Tubos circulares, ovales con rosca abierta

o cerrada en el tope

– Tubos boquilla, abierto o cerrado en el tope

– Tubos cónicos

• Plásticos,– PEBD, PEAD, PP, PA

• Aplicaciones,– Cosméticos, fármacos, medicamentos

veterinarios, adhesivos, pinturas y tintas, pastas, alimentos.

Ossberger Pressblower

Kunststoffe plast europe 3.96, p.

Primera faseMoldeo por inyección

de la rosca

Molde de inyección

Molde de soplado

Boquilla

Segunda faseEstirar el churro

calibrado

Tercera faseMoldear por soplado el

cuerpo hueco

Cuarta faseCortar la rebaba del

fondo

Fuelles

• Tamaños,– Diámetros: 12 – 90 mm

– Longitud total: 260 mm max

– Peso: 30 – 50 grs.

• Formas,– Fuelles abiertos en ambos

lados

– Fundas, abiertas en uno o dos lados

• Plásticos,– Elastómeros termoplásticos

(Hytrel, Arnitel, Santoprene)

– PU, PE,PP

• Aplicaciones,– Producción de carros,

máquinas de construcción, farmacia

Primer pasoMoldeo por inyección de la parte superior

Segundo pasoEstiramiento del churro con

espesor de pared y velocidad controladas

Tercer pasoSoplar pieza

hueca

Cuarto pasoCortar la rebaba

de fondo