Fundamentos de extrusión por soplado - Parte 1

Introducción

La extrusión de pelí­cula soplada es uno de los métodos de procesamiento de polí­meros más importantes. Varios miles de millones de libras de polí­mero, principalmente polietileno, se procesan anualmente con esta técnica. Si bien algunas aplicaciones para pelí­culas sopladas son bastante complejas, algunos de los productos fabricados en equipos de pelí­culas sopladas se utilizan en aplicaciones de productos básicos con márgenes de rentabilidad bajos: bolsas de comestibles, bolsas de basura, pero también pelí­culas para aplicaciones especí­ficas más complejas como por ejemplo para empaques flexibles. En consecuencia, se han desarrollado hardware sofisticado, materiales y métodos de procesamiento para producir una pelí­cula a tasas de producción muy altas con una variación dimensional baja y propiedades de estado sólido consistentes.

Aspectos importantes

1. La quí­mica de los polí­meros y la estructura molecular son vitales para establecer las propiedades de la pelí­cula, pero la geometrí­a de la burbuja que resulta de las condiciones de procesamiento también es muy importante. La orientación molecular y la estructura cristalina, controladas por las dimensiones de las burbujas, afectan propiedades como la resistencia a la tracción, la resistencia al impacto y la claridad.

2. Como proceso de fabricación, la pelí­cula soplada es algo única, incluso en comparación con otros procesos de extrusión. El polí­mero fundido generalmente sale del dado verticalmente en forma de una burbuja de extrusión libre que alcanza alturas de 50 pies (15 metros) o más (Fig. 1). Las guí­as que rodean la burbuja pueden limitar su movilidad, pero aún está bastante expuesta a la variación dimensional en comparación con el extruido fijo en la mayorí­a de los otros procesos de extrusión, que utilizan calibradores de vací­o u otras técnicas. Dependiendo de las condiciones de procesamiento, la burbuja de la pelí­cula soplada tiene una libertad de forma que permite casi cualquier número de perfiles dentro de un rango diseñado. Los operadores deben tener un nivel de habilidad relativamente alto para obtener con precisión la geometrí­a de burbuja requerida (es decir, la forma que resulta en las dimensiones y propiedades del producto especificadas).

Fig.1 Imagen de una coextrusora por soplado y lí­nea básica de soplado

3. La fuerte interdependencia de las variables del proceso es otro aspecto del proceso que requiere un alto nivel de habilidad del operador que ha conducido a grandes avances en las técnicas de medición y control. Existen muchas variables de proceso (velocidad del tornillo, velocidad de nip, volumen de aire de burbuja interna y velocidad de enfriamiento (altura de la lí­nea de enfriamiento) que influyen en la geometrí­a de la burbuja y, como resultado, las propiedades de la pelí­cula; las anteriores variables las estaremos revisando a través de los blogs siguientes.

Un ajuste a cualquiera de estas variables  produce un cambio en varias caracterí­sticas geométricas de la burbuja. Por ejemplo, un operador puede tener la intención de disminuir el espesor de la pelí­cula al aumentar la velocidad de compresión; sin embargo, si no se modifica ningún otro control, este ajuste también creará un aumento tanto en la altura de la lí­nea de enfriamiento como en el ancho de la pelí­cula. Por lo tanto, el operador competente es consciente de la influencia de cada variable de proceso en todas las caracterí­sticas geométricas de la burbuja y puede controlar más de una caracterí­stica a la vez.

Desde el hardware y los materiales hasta el procesamiento y las propiedades, los siguientes blogs están destinados a proporcionar una comprensión completa de la extrusión de pelí­cula soplada a través de un útil equilibrio entre teorí­a y práctica. En este blog se incluyen las respuestas a por qué los efectos se comportan de la forma como lo hacen en el proceso de pelí­cula soplada, para que usted pueda mejorar su capacidad de solucionar problemas y mejorar los sistemas. Al mismo tiempo, se enfatizan las prácticas y los equipos actuales para mantener a los lectores actualizados con la tecnologí­a más productiva y eficiente.

Materiales utilizados en pelí­cula para soplado

Este capí­tulo cubre los diversos materiales extruidos por el proceso de pelí­cula soplada. Se divide en dos grandes categorí­as: polí­meros y aditivos. Muchos tipos de polí­meros se extruyen en pelí­cula soplada, pero muchos de los diversos grados de polietileno constituyen la gran mayorí­a. Los aditivos se usan en la mayorí­a de las operaciones para proporcionar beneficios de apariencia, caracterí­sticas fí­sicasy costos.

Para cualquier producto, es el conjunto de propiedades deseado, el que determina el mejor material para la aplicación. Las propiedades más importantes, como las fí­sicas, mecánicas, ópticas, térmicas y eléctricas, proporcionan el ajuste para el uso en el producto final. Además de las propiedades finales del producto , las propiedades de procesamiento también son muy importantes en la selección del material. La facilidad de procesamiento en la pelí­cula soplada puede ser descrita por caracterí­sticas tales como una buena estabilidad térmica, alta resistencia del fundido (fuera del dado), presiones razonables de cabeza y ninguna fractura del fundido (imperfecciones de la superficie de la pelí­cula).

Los productos requieren una combinación de rendimiento, procesamiento y costo que hacen al polietileno (PE) el polí­mero ideal para la mayorí­a de las aplicaciones. Es ligero, resistente al agua, tiene un buen equilibrio de fuerza y ​​flexibilidad, y puede proporcionar cierta claridad. El PE es fácil de extruir y sellar por calor y, quizás lo más importante, es de bajo costo. Además de estas propiedades generales,el PE, es un polí­mero que se conoce muy bien cientí­ficamente, lo que permite técnicas de polimerización que pueden diseñarse y controlarse para producir valores de propiedad especí­ficos en un rango muy amplio. Es decir, se pueden producir tipos de PE que son mucho más fuertes que el promedio, o más claras, o mucho más flexibles, y así­ sucesivamente.

Dentro de la amplia familia del polietileno, hay varios tipos que encuentran aplicación en la pelí­cula soplada. Hay, sin embargo, otros polí­meros utilizados también. Mientras que algunos de estos se usan en pelí­culas especializadasmonocapa, otros se usan principalmente como parte de pelí­culas de capas múltiples coextruidas, donde los extrusores múltiples alimentan un solo dado que combina las diversas corrientes de alimentación en una sola pelí­cula de múltiples capas. Las siguientes secciones detallan los muchos tipos de polí­meros utilizados en la extrusión de pelí­cula soplada.

1. Polietileno

El polietileno (PE) es el polí­mero más simple desde el punto de vista quí­mico. Está polimerizado a partir de monómero de etileno y consiste en un esqueleto de cadena de carbono con dos átomos de hidrógeno unidos a cada átomo de carbono (Fig. 1.1). Las moléculas individuales, o cadenas, pueden ser tan largas como cientos de decenas de miles de átomos de carbono. Las cadenas de PE pueden ser muy lineales o ramificadas, dependiendo de cómo se sintetizó el polí­mero. Existen muchas técnicas de sí­ntesis para el polietileno

Fig. 1.1 Parte de una molécula de polietileno

Los métodos de procesamiento de pelí­culas sopladas para PE varí­an algo dependiendo del grado. Las diferencias serán discutidas en las siguientes secciones. Sin embargo, una similitud importante es que todos los grados de PE tienen un alto valor de calor especí­fico. El calor especí­fico es una medida de la energí­a requerida para elevar una masa unitaria de material en un grado de temperatura. Si un polí­mero tiene un alto valor de calor especí­fico, esto significa que la eliminación de calor de la masa fundida es relativamente lenta. El PE tiene un calor especí­fico de aproximadamente 2 kJ / kg • K en comparación con aproximadamente 1 kJ / kg • K para la mayorí­a de los otros polí­meros. Esta es la razón por la cual las torres de enfriamiento para polietileno soplado son muy altas. Se necesita tiempo para eliminar el calor suficiente de las dos capas que pasan a través de los rodillos de compresión para evitar que se peguen entre sí­ (a veces se denomina bloqueo).

En el próximo blog continuaremos estudiando los materiales utilizados en soplado; es importante entender y conocer las diferencias especí­ficas de los materiales utilizados antes de ver detalles del equipo, sus partes y los análisis de falla. ¡¡¡Hasta la próxima!!!.