6.3. Calandrado y laminación

6.3.
Calandrado y laminación
6.3.0. Introducción
•
Aplicado a termoplásticos y elastómeros.
•
Obtención de láminas.
•
Proceso:
1) Alimentación. El material tiene que estar previamente plastificado:
ƒ
material fundido (termoplásticos: TPU, LDPE…) previamente
extruido.
ƒ
Gel con plastificantes (PVC)
ƒ
Gel con extendedores o facticios [ayudas al procesado: facilitan
incorporación de componentes] (gomas).
2) Cilindros de calandria (2-4m de ancho). Ejemplos:
3) Se obtiene lámina calandrada (0,3-1,0mm habitualmente)
4) Cilindros de calibración y enfriamiento.
5) Corte y bobinado.
•
Acabados superficiales: brillante, mate, difuminado, texturas… Depende del
recubrimiento aplicado en el último cilindro caliente.
•
Las instalaciones de calandrado son costosas (puesta en marcha del proceso ~
10 horas). Sólo rentables para grandes volúmenes de producción. Aplicable a
materiales de alta viscosidad y que se degradan fácilmente (deben estar poco
tiempo a T elevada). Ejemplo: PVC.
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6.3.1. Perfil de presiones y velocidades
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Esquema:
•
De forma aproximada y considerando fluido newtoniano,
despreciable, pueden obtenerse los siguientes valores:
o
de
inercia
Longitud de contacto material-cilindros a partir del entrehierro:
ZS = R(s − H 0 )
o
En la sección de pérdida de contacto, la velocidad es uniforme:
VS = ωRcosφS
Nota: VS puede llegar hasta 30m/min.
Y la producción volumétrica:
Q = sLVS
o
Perfiles de presión y velocidades:
Vz (x) = Vz (x = H / 2) +
⎞ dp
1 ⎛ H2
⎜⎜
− x 2 ⎟⎟
2η ⎝ 4
⎠ dz
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dp 12η ⋅ ω ⋅ R(s − H)
=
dz
H3
p(z) =
p max
⎞
2
12η ⋅ ω ⎛ z3
⎜⎜ − + ZS2 z + ZS3 ⎟⎟
3
3
H0 ⎝ 3
⎠
⎛Z ⎞
= p(z = + ZS ) = 16η ⋅ ω⎜⎜ S ⎟⎟
⎝ H0 ⎠
3 ⎛ z ⎞
⎟
γ& w = ω⎜⎜
2 ⎝ H 0 ⎟⎠
o
3
2
Empuje sobre los cilindros y par resistente:
F = 2,46η ⋅
ωR 2 L
H0
M T = 3,24
ωR 5/2 L
1/2
H0
6.3.2. Condiciones de operación (T y ω). Efectos sobre la calidad
de la lámina
•
Temperatura:
o
Temperatura del material a penas modificada en el proceso por ser la
generación viscosa pequeña (<10-20ºC) y baja la conducción de calor.
o
A mayor temperatura del material:
1. Mejor calidad superficial
2. Menor riesgo de defectos de despegue (marcas VVVVVVV).
3. Disminución de η:
•
Menor presión sobre la masa
•
Menor esfuerzo en rodillos
•
Posible inclusión de burbujas
4. Mayor peligro de degradación.
•
Velocidad de los rodillos ω:
o
Permite regular espesor de la lámina s sin variar el entrehierro H0.
o
A mayor velocidad:
1. Mayor presión y generación viscosa de calor
2. Mayor ritmo de producción
3. Posibles problemas de aspereza superficial (ruptura del fundido)
•
Campo de buena operabilidad en un diagrama ω-T:
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o
Límites:
1) Exceso de presión Æ flecha excesiva de cilindros. Aspereza
superficial.
2) Bajo rendimiento del proceso.
3) Deficiente homogenización. Defectos superficiales.
4) Degradación superficial e inclusiones de aire.
5) Degradación térmica.
6.3.3. Medida y control del espesor
•
Homogeneidad del espesor a lo ancho de la lámina: regulación mediante dos
ténicas:
o
Aplicación de momentos flectores en extremos de los cilindros
o
Variando el ángulo entre los ejes de los cilindros (se rompe paralelismo)
•
Medida del espesor a lo ancho de la lámina: mediante detector de absorción de
radiacción β, que es proporcional al espesor.
•
El sistema de medida permite ajustar de forma continua el sistema de
regulación para obtener un espesor homogéneo.
6.3.4. Enfriamiento y acabado
•
Termoplásticos:
o
o
•
El espesor definitivo de la lámina puede ser:
ƒ
El obtenido en calandrado, en cuyo caso el material es soportado
por un tren de rodillos que impiden que se deforme.
ƒ
El que se obtiene por un estirado final aún a las temperaturas
cercanas a las de calandrado (temperaturas demasiado bajas
producirían tensiónes residuales). Filmes de hasta sólo 50µm.
Últimas etapas: enfriamiento + corte de bordes + bobinado sin
estiramiento adicional (empleo de rodillos de par torsor constante).
Elastómeros: producto “en verde” sin vulcanizar. El horno de vulcanización
puede situarse a la salida de la calandria para cintas.
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6.3.5. Recubrimiento por calandrado
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Técnica adecuada para recubrimiento de sustratos: papel, cartón, aluminio,
tejidos, etc.
•
El recubrimiento polimérico se añade en forma de pasta, sol o gel. Si se añaden
agentes gasificantes puede obtenerse espumado.
El disolvente o dispersante se evapora en contacto con cilindros calientes y en estufa
(simultáneamente descomposición de gasificante, si lo hay, y espumado)
Al final, enfriamiento, corte y bobinado.
•
Estampación mediante tintas: mediante rodillos grabados. Las tintas pueden
expandirse por la superficie con gasificantes, pudiendo realizarse dibujos
aplicando inhibidores de la gasificación.
6.3.6. Laminación
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Similar al calandrado PERO el material de partida son láminas prefabricadas.
•
Permite combinar diferentes propiedades (por ejemplo resistencia de una capa,
baja permeancia de otra…).
•
Unión de las láminas al pasar entre los rodillos de presión (nip rolls). Dos
modos de unión entre láminas:
1) Laminación con adhesivos. Los adhesivos pueden ser:
ƒ
Secos: producen reticulación por efecto del calor, sin residuos.
ƒ
En emulsión o disolución: eliminación de los disolventes
mediante secado del laminado en estufa (si laminado poroso), o
eliminación en estufa previa a la laminación (si laminado no
poroso).
2) Laminación térmica. Temperatura necesaria en cada lámina para que
queden soldadas.
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