Presión, viscosidad y uso de recuperado son algunas de las determinantes para la estabilidad del parison y la productividad del proceso.
El proceso tradicional de extrusión soplado por sus características es un proceso más lento que el de inyección y, por lo tanto, es muy importante entender cómo funciona y las variables que afectan la productividad para poder obtener una buena rentabilidad, hacer la selección adecuada de las sopladoras y/o solucionar problemas.
Presión: la fuerza que impulsa la eficiencia
En la extrusión soplado, la presión es un parámetro determinante. Es la fuerza que impulsa el material a través del dado y define directamente el espesor del parison (la preforma tubular el parison es un tubo, no una preforma) y, por ende, del envase. Las variaciones no deseadas de la presión alteran el espesor del envase y mientras más delgado el envase, o más oval, mayor importancia tiene garantizar la estabilidad de la presión.
Factores como el diámetro, el espesor del dado, la viscosidad y la velocidad de extrusión influyen directamente en la presión. A mayor velocidad, mayor presión; a menor espesor o diámetro del parison, también aumenta la presión y a mayor viscosidad o sea menor melt index (MI), mayor la presión.
Viscosidad: el corazón del control de proceso
La viscosidad está relacionada con la consistencia del parison, porque si la dureza o consistencia del mismo no es suficiente, el parison se chorreará y no se podrán garantizar los espesores. De ahí que las resinas para soplado de envases tengan MI tan bajos.
El plástico es un fluido no newtoniano, es decir la viscosidad es variable, no como con el agua que mantiene la viscosidad sin importar la temperatura. La variación en la viscosidad altera la presión.
La viscosidad en los plásticos varía por dos razones: la temperatura, a mayor temperatura menor viscosidad y la longitud de la cadena o MI. Mientras mayor el MI menor la longitud de cadena, mayor la viscosidad y menor presión requerida para fluir a través del cabezal.
En muchos fluidos no newtonianos, como los aceites la viscosidad solo varia por la temperatura, pero en el plástico, dado que el calentamiento se produce por cizalladura del material y esta rompe las cadenas o sea las acorta, también varia por la forma en que procese.
El MI de los plásticos mide la longitud media de la cadena. Cuando se compra una resina, le dicen cuál es el MI promedio, pero no la distribución del mismo. Uno puede comprar resinas con una distribución muy ancha de la longitud de cadena y, por lo tanto, del MI, dichas resinas pueden presentar variaciones indeseadas de la presión. Hay otras con variaciones muy pequeñas de la longitud de cadena, como las metalocenicas. Esto explica por qué cuando se cambia la resina, a pesar de tener el mismo MI, el comportamiento puede ser muy distinto.
Impacto del material recuperado
Otra causa de las variaciones en el MI es el porcentaje de recuperado y la forma en que este se reprocese. El tipo de molinos, el filo de las cuchillas, el desgaste de las mallas, la peletizada del material, son algunas de las cosas que reducen la longitud de cadena, o sea aumentan el MI. Cada vez que un plástico pasa por un molino o una extrusora, se aumenta el MI.
En muchas operaciones de extrusión soplado, el porcentaje de material recuperado es muy alto por lo que, hay un porcentaje importante de material que al haber pasado varias veces por el tornillo y los molinos, está muy degradado. Esta es una causa importante de punto negro.
Como el material recuperado tiene un MI diferente al original, es muy importante garantizar la homogeneidad de la mezcla de recuperado y el buen el estado de los equipos que procesan el material recuperado, para de esta manera reducir la degradación del material. Mientras más heterogénea sea la mezcla del material recuperado, menor es el porcentaje que se puede adicionar.
Una menor viscosidad hace que se requiera una menor presión al momento de empujar por el dado lo que dificulta mantener el espesor del parison, especialmente cuando se trata de envases de pared delgada, ovales, o que tienen la pinola o pin del cabeza de soplado descentrado.
Las resinas que tienen una distribución de peso molecular más amplia, son las que menor porcentaje de recuperado permiten adicionar, porque las partes muy cortas se pueden acortar mucho más.
De todo lo anterior, mientras más grueso el envase más tolerante a la variación de presión, pero más más sensible es a la caída de viscosidad, producto de la temperatura, porque al ser la viscosidad menor se puede chorrear más fácil, o sea, el parison se puede alargar y variar el espesor.
Efecto de la temperatura y el enfriamiento
Mientras más caliente el material más fácilmente fluye por el cabezal y mejor control del espesor, a la salida del cabezal, pero también más sensible a variar el espesor una vez salió porque a menor viscosidad menor resistencia. Un envase más caliente, implica mayor tiempo de enfriamiento y mayor tiempo de enfriamiento implica un mayor tiempo de extrusión y el mayor tiempo de extrusión puede afectar el espesor.
Aquí vale una acotación muy importante: durante el proceso de soplado, se busca ablandar la resina, no fundirla, para que de esta manera se pueda formar el parison y este mantenga su espesor.
En envases delgados el parison es más delgado, el tiempo de enfriamiento es mucho menor y, por lo tanto, el parison es más estable. Los menores espesores implican mayor presión y requieren cabezales con reologías mucho mejores para poder extruir a alta velocidad.
El peso del envase es lo que hace que muchas sopladoras, para envases pesados, usen cabezales de acumulación, para poder extruir el parison mas rápidamente y evitar la elongación del mismo.
Otras sopladoras evitan el cabezal de acumulación porque utilizan una o más estaciones de post enfriamiento que les permiten reducir mucho el tiempo de ciclo y con ello evitan la necesidad de utilizar cabezales de acumulación.
Uno de los materiales más comunes son los polietilenos que son que aceptan un rango de temperaturas muy amplio lo es una ventaja y una desventaja porque aumentar mucho las temperaturas reduce mucho la viscosidad y facilita el paso a través del cabezal a la vez que puede causar inestabilidad en el parison.
Aunque en teoría, peletizar el material recuperado mejora la homogeneidad en la dosificación del recuperado, también hay que tener en cuenta que el peletizado reduce el MI, o sea, peletizar evita un problema, pero agrega otros.
Por todos los problemas que causa la heterogeneidad de la mezcla del material recuperado, se aconseja, utilizar dosificadores volumétricos o gravimétricos para garantizar una dosificación homogénea.
Diseño del cabezal y tornillo-barril
El comportamiento de la viscosidad es lo que explica la importancia que tiene el diseño del cabezal y la tolerancia entre el tornillo y el barril en la productividad y porque las maquinas con buenos diseños de tornillo y cabezal y baja tolerancia tornillo-barril, aunque son mucho más costosas también son mucho más productivas y producen envases de mejor calidad. Mientras mas delgado el envase, mayor la importancia del cabezal y conjunto tornillo barril.
El diseño del cabezal es esencial para la homogeneidad de presión y el control del espesor.
La tolerancia del tornillo-barril y el diseño del tornillo son esenciales para garantizar una presión estable y suficiente. Cuando las tolerancias aumentan se presenta el fenómeno conocido como devolución del material, lo que genera fluctuaciones en la presión y además la capacidad de plastificación se disminuye.
Fuente: https://www.plastico.com/