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l termoformado es un proceso de transformación
donde una lámina de plástico ablandada por
temperatura forma una pieza. Para esto se usa un
molde con la ayuda de baja presión, vacío o una
combinación de los dos.
El PP se puede extruir o termoformar por dos
tecnologías.
Consiste en colocar la termoformadora en línea, y
alimentar la lámina extruída directamente. La
principal ventaja consiste en usar el calor del
proceso de extrusión en el horno de termoformado. La lámina alimentada tiene la temperatura
de su superficie baja y el centro caliente. Con esto,
se mejora el tiempo de residencia dentro del horno
y se puede mantener un alto nivel de ciclos en
termoformado. Adicional a esto, se evita el uso de
rodillos precalentadores en el horno de formado.
Otra ventaja técnica adicional por este manejo de
temperaturas, es reducir el nivel de orientación a
valores más bajos, por efecto de trabajar una
lámina mucho más caliente, que se traduce en un
mejor formado, evita esfuerzos residuales y
deformaciones de la pieza en la termoformadora.
Este proceso mucho más tradicional que el
primero, requiere para el PP el uso de un sistema de
rodillos precalentadores que llevan la temperatura
de la lámina hasta 120°C y alimenta posteriormente
al horno de formado. Este dispositivo especial tiene
como objetivo mejorar la productividad del equipo
de termoformado subiendo los ciclos /min.
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La ventaja de este sistema vs el proceso en línea
radica en que la capacidad de la termoformadora
no limita la capacidad de extrusión. Y normalmente
una sola extrusora alimenta varios equipos de
termoformado. Para compensar problemas de
orientaciones de la lámina se recomienda el control
de la temperatura en los rodillos precalentadores
y/o control de las zonas de calentamiento del
horno.
A continuación podemos ver de manera generalizada, cuales son las condiciones necesarias
para poder obtener una pieza de buena calidad,
teniendo en cuenta que los factores que afectan la
calidad vienen desde la extrusión de la lámina
hasta el formado de la pieza.
El control de calibre es un factor clave en la
fabricación de la lámina para su posterior
termoformado, pues obtener siempre una lámina del
mismo calibre permite tener un proceso estable en la
parte de formado y garantiza tener piezas regulares
en cuanto a espesores de pared y peso.
El control de calibre se ajusta manteniendo una
apertura del dado, una velocidad de extrusión y
una presión en los rodillos de la calandra
constantes.
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Propilco 2
Una buena aproximación para la apertura del dado,
es abrir éste entre 5 y 10% más del espesor de la
lámina esperada, y para corregir esto se acostumbra
tener los rodillos con una apertura entre el 3 y el 5%
por debajo del espesor de la lámina esperada. Estas
aperturas garantizan la formación de un cordón
estable y de buen tamaño.
Un cordón demasiado grueso puede producir
exceso de orientación en la lámina así como el
levantamiento de los cilindros, ocasionando
pérdida del calibre y traqueteo de los rodillos. Un
cordón demasiado fino, puede perjudicar la
apariencia de la lámina produciendo bajo brillo en
algunos sectores de la misma. Para garantizar la
apertura de los rodillos se usan presiones entre
650 y 1100 Kpa.
El halado de la lámina para su embobinado puede
ocasionar una orientación en sentido de máquina.
Lo cual puede causar en el momento del formado
de las piezas, contracciones diferenciales
afectando la estabilidad dimensional del producto
terminado. Esto se debe controlar con la velocidad
del halador, buscando que la lámina no esté
excesivamente tensionada.
Para esto se recomienda que la velocidad del
halador sea entre 1 y 3% menor que la de los
rodillos.
Por lo general se aconsejan perfiles de extrusión
ascendentes o planos dependiendo de los equipos.
Las temperaturas de extrusión recomendadas
varían entre 220 y 240 °C, con temperaturas en el
dado de 210 a 230°C.
Los rodillos son los encargados del enfriamiento de la lámina. Este enfriamiento se debe hacer de manera
progresiva para evitar problemas de orientación.
Por lo general las temperaturas usadas son entre 50 y 60°C, y se debe respetar una diferencia de temperatura
de aproximadamente 10°C entre el primer rodillo y los otros dos. Pero hay que recordar que entre mas fríos los
rodillos se producirá más orientación.
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Propilco 3
El calentamiento de la lámina es tal vez el factor
más determinante en la calidad de las piezas
termoformadas. Aunque no necesariamente se
quiere un calentamiento uniforme en toda la
lámina, lo que sí se quiere es que el calentamiento
sea lo más consistente posible, esto quiere decir
que en los diferentes puntos de la lámina siempre
se llegue a la misma temperatura.
Muchas veces es deseable un precalentamiento
cercano a los 100°C para borrar las orientaciones
de la lámina que se hayan producido en la
extrusión y embobinado de la lámina.
Lo que se busca en el momento del formado es
tener una lámina los más blanda posible, pero sin
llegar al extremo de tener una lámina que se
descuelgue o como comúnmente se llama tener
problemas de Sag. Para esto se busca calentar la
lámina lo más cerca posible de la temperatura de
fusión del plástico, evitando llegar a tener los
problemas antes mencionados.
Para homopolímeros y copolímeros de impacto, se
buscan temperaturas recomendadas cercanas a los
150-155°C.
Para copolímeros random se buscan temperaturas
del orden de los 130-135°C.
Los grados de Propilco que se recomiendan para estas
aplicaciones, son aquellos que tienen índices de fluidez
entre 0,7 y 3,5 gr/10 min. Estos grados tienen pesos
moleculares bastante altos, lo cual garantiza buena
resistencia del material en estado fundido que se
conoce como melt strenght.
Si lo que se busca son piezas de muy buena
transparencia, se recomienda utilizar copolimeros
random: 01R25, 02R01CA o 02R01CA-1.
Si se busca rigidez se recomienda usar
homopolímeros: 01H41, 02H84ND, 03H82NA y 03H96.
Finalmente si se quieren piezas de muy buena
resistencia al impacto, se recomienda usar el
copolímero de impacto 01C25
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Propilco 4
Este artículo tiene como intención familiarizar a
nuestros clientes con las propiedades y
características de las diferentes familias del
polipropileno, y presentarles las mezclas entre
familias como una opción, para alcanzar
propiedades en las aplicaciones finales que de otra
manera no serian posibles.
A continuación haremos una explicación breve de
la nomenclatura de las resinas de Propilco y
posteriormente hablaremos de las tres familias de
polipropileno: Homopolímeros, Copolímeros
Random y Copolímeros de Impacto.
En general, las referencias de Propilco están
compuestas por 5 caracteres, que corresponden a
dos números, una letra y otros dos números.
Los dos primeros números corresponden al índice
de fluidez de la resina en cuestión, la letra
identifica la familia de polipropileno; siendo H para
los homopolímeros, R para los copolímeros
Random y C para los copolímeros de Impacto. Los
dos últimos dígitos corresponden a unos
consecutivos internos para manejo en la planta de
producción en Cartagena. Finalmente estos 5
caracteres pueden venir acompañados de unas
letras, que identifican los aditivos con los que
vienen las resinas; siendo el antiestático (A) el más
común, seguido por los deslizantes (D) y los
antiblocks (B).
Por ejemplo la resina:
Primer y segundo dígito
Indicador de Melt Flow
# #
H
Primera letra
Tipo de polipropileno
H: Homopolímero
R: Copolímero Random
C: Copolímero de Impacto
First two digits
Melt Flow Indicator
# #
First letter
Type of polypropilene
H: Homopolymer
R: Random Copolymer
C: Impact Copolymer
Tercer y cuarto dígito
Consecutivo de planta
# #
A B
Segunda y tercera letra
Aditivos especiales
A: Antiestático
B: Antibloqueo
D: Deslizante
N: Nucleante
C: Clarificante
T: Uso a altas temperaturas
U: Protección UV
Third and fourth digits
Internal consecutive
H
# #
A B
Second and third letters
Special additives
A: Antistatic
B: Antiblock
D: Slip
N: Nucleant
C: Clarifer
T: Long term heat agent
U: UV. protection
Tiene índice de fluidez 11 gr/10 min
Es de la familia de los Homopolímeros
Tiene antiestático en su formulación.
Otro ejemplo sería:
Índice de fluidez 7 gr/10 min
Es de la familia de los Copolimeros Random
Tiene aditivos deslizantes y antiblock en su
formulación.
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Propilco 5
Es un polipropileno que en su estructura molecular
consta únicamente de monómeros de propileno
unidos entre si por la reacción de polimerización,
es altamente cristalino, con alta temperatura de
fusión (160 °C). Sus principales características son
la alta resistencia a la tracción (5000 psi en
promedio), un módulo de flexión también bastante
alto (230.000 psi promedio) y buen brillo.
Los homopolímeros son empleados ampliamente
para extrusión de lámina, envases soplados,
película soplada, TWQ, BOPP, fibra, multifilamentos, inyección de alta rigidez, entre otros.
Esta familia no es recomendada en aplicaciones
que necesiten alta resistencia al impacto, en
envases soplados de más de 1 litro, ni en
aplicaciones que durante su vida útil vayan a ser
expuestas a temperaturas inferiores a los 5°C.
Las referencias de Homopolímeros de Propilco
tienen índices de fluidez desde 0,6 gr/10min
(recomendados para extrusión), hasta índices de
fluidez de 60 gr/10min (recomendadas para
inyección de pared delgada).
La estructura molecular de este propileno está compuesta por monómeros de propileno y de etileno. Los
monómeros de etileno no superan el 10% del total de la estructura y están distribuidos de forma aleatoria en la
misma, de ahí el nombre de Random.
El monómero de etileno le imparte mejor transparencia, resistencia al impacto, baja cristalinidad, baja
temperatura de fusión (115°C - 150 °C) y baja rigidez, su resistencia a la tracción esta alrededor
de 3500 psi y su módulo de flexión también es bajo (120.000 psi promedio).
Esta familia de polipropileno se usa en empaques de mejor transparencia, y que
requieran buena resistencia al impacto, son recomendados en envases
soplados para toda clase de volúmenes (hasta 20 lt), son óptimos
para procesos de inyección, inyecto soplado, inyecto estirado
soplado, aplicaciones como película monorientada e
inyección de productos con alta transparencia.
Las referencias de Copolímeros Random de Propilco
tienen índices de fluidez desde 1,0 gr/10min
(recomendados para extrusión soplado), hasta
índices de fluidez de 45 gr/10min (recomendadas para inyección de pared delgada con
alta transparencia).
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Propilco 6
Es un polipropileno que tiene en su
estructura molecular una mezcla de las dos
familias anteriores, una parte está formada
de homopolímero y la otra de un copolímero
de etileno-propileno. Esta familia ofrece un
balance entre rigidez (resistencia máxima a
la tracción promedio de 3800 psi y módulo
de flexión cercano a 180.000), y resistencia
al impacto especial para artículos inyectados
que requieran de estas dos características.
Los Copolímeros de impacto se usan en
empaques sin requisitos de transparencia,
con excelente resistencia al impacto, toda
clase de volúmenes (hasta 20 lt). Para uso a
temperaturas muy bajas, en proceso como
extrusión soplado, extrusión de tubería,
compression molding, inyección de
cuñetes, inyección de pared delgada,
siempre buscando piezas de muy
buena resistencia al impacto.
Las piezas fabricadas con esta familia de polipropileno al ser
sometidas a esfuerzos presentan un leve blanqueamiento. Este no
afecta las propiedades mecánicas de la pieza aunque si tienen un
impacto visual.
Entre familias de polipropileno, todas las mezclas
son permitidas y muchas veces recomendadas pues
sin ellas seria muy difícil obtener las propiedades
necesarias para ciertas aplicaciones.
Como todas las familias tienen como base el
polímero de propileno, entre ellas existe una
afinidad química que permite que las mezclas no
tengan problemas de dispersión y por tanto no
tienen un efecto nocivo sobre la reología al
momento de ser procesadas.
Por lo general, se recomienda hacer mezclas
entre materiales que tengan índices de fluidez
semejantes, para obtener un material más
homogéneo en el proceso de transformación.
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Propilco 7
Este tipo de mezclas es ampliamente usado con diferentes
fines, se puede usar para bajar la rigidez de un homopolímero
o aumentar la de un copolímero random, también se puede
usar para mejorar el impacto de un homopolímero.
Esta mezcla es ampliamente usada en la inyección de tapas
flip-top para asegurar la vida útil de la bisagra, también se usa
mucho en termoformado para tener la rigidez del
homopolímero con las facilidades de proceso que otorga el
etileno aportado por el copolímero random.
Finalmente esta mezcla es ampliamente usada en los procesos
de película para mejorar la transparencia y bajar las
temperaturas de sellado.
Este tipo de mezclas se usa básicamente para aumentar la
rigidez de un copolímero de impacto o para mejorar la
resistencia al impacto de un homopolímero, no debe ser usada
en aplicaciones que necesiten de alta transparencia por la
apariencia lechosa del copolímero de impacto.
El uso típico para esta mezcla son los inyectores de muebles
que deben tener piezas rígidas y muy resistentes al impacto.
Estas mezclas se usan por dos razones básicas, aumentar el
impacto de un copolímero random o disminuir los problemas
de blanqueamiento en los copolímeros de impacto para piezas
donde el aspecto es un factor importante.
Adicional a éstas, también existen mezclas entre referencias
de las mismas familias (homopolímeros-homopolímeros,
random-random, impacto-impacto), buscando propiedades
intermedias entre las dos resinas.
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Propilco 8
Para la fabricación de película de Polipropileno
monorientada, PROPILCO S.A. cuenta con cinco
referencias principalmente:
Cada uno de estos grados tiene unas características que lo hacen apto para ser usado en la
fabricación de película monorientada.
Generalmente se hacen mezclas entre un
homopolímero con un random, al mezclar estos
materiales se logra un producto que tiene una
combinación de las propiedades de cada resina por
separado, la combinación adecuada dependerá de
la aplicación final de la película. A continuación se
nombran por separado las características que
tienen estas familias de Polipropileno.
Rigidez:
Rasgado:
Permite mejorarle el cuerpo al producto
terminado, al aumentar esta característica de la
película se puede bajar el calibre de la misma.
Los copolímeros random tienen una fuerza de
rasgado mayor que los homopolímeros, esto es
la facilidad que tiene el material para propagar
un defecto una vez se haya iniciado. Entre más
alta sea la fuerza de rasgado, más difícil será la
propagación de la falla; esto es un valor
agregado en ciertos tipos de empaque.
Temperatura de Sellado:
Transparencia:
Al bajar la temperatura de sellado se puede
aumentar la productividad de los equipos de
sellado, porque pueden trabajar a más golpes
por minuto.
La estructura amorfa de esta familia de PP hace
que el paso de la luz a través de la película sea
mejor, lo que se traduce en una mayor
transparencia y brillo.
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Propilco 9
La temperatura inicial de sellado se define como la
temperatura a la que hay que sellar dos películas
para lograr una fuerza de unión, especificada por
unidad de longitud selle. Esta fuerza de unión
generalmente es:
a.) 0.33 N/cms.
b.) 3.3 N/cms.
Esto quiere decir que para separar dos películas de
un centímetro de ancho se requieren 0.33 N en la
condición (a), para separar 2.5 cms en la misma
condición se requerirán 0.33N/cms*2.5cms=
0.82N. En el mismo caso en la condición (b), se
requeriría para 1 cm. 3.3N, para 2.5 cms se
requeriría 3.3*2.5= 8.2N, este ejemplo demuestra
que la condición (b) es más exigente para el sellado
que la condición (a)
a.) 1N/cms
b.) 4N/cms.
Estos valores se usaron porque creemos que están
más cercanos a los requerimientos de nuestros
Clientes. Para el estudio se usó película
CAST de 2.5 cms de ancho,
posteriormente ésta fue sellada a
diferentes temperaturas y por
medio de una máquina de ensayos
universal, se midió la fuerza de
unión del selle.
La temperatura inicial de sellado
(SIT) se calculó midiendo la
temperatura a la cual la fuerza de
selle era:
Condición (a): 2.5cms*1N/cm=2.5N
Por medio de este artículo se mostrará el efecto
que tiene al agregar 07R87DB a los homopolímeros 08H85DB y 11H15DB en la temperatura
inicial de sellado. Para este estudio se usó como
fuerza de unión:
Condición (b): 2.5cms*4N/cms=10N
Todos estos pasos se hicieron en el laboratorio de
PROPILCO S.A.
12
07R 80% - 08H 20%
07R 60% - 08H 40%
07R 40% - 08H 60%
07R 20% - 08H 80%
08H 100%
10
8
6
4
2
0
110
115
120
125
130
135
temperatura (C)
Efecto en las curvas de sellado del 08H85DB, se puede ver que al aumentar la proporción de random en la
mezcla, las curvas se van corriendo hacia la izquierda, esto muestra que la misma fuerza de sellado se puede
lograr a una temperatura mas baja.
Impulsamos su crecimiento con Tecnología y Servicio
Propilco 10
14
07R 80% - 11H 20%
07R 60% - 11H 40%
07R 40% - 11H 60%
07R 20% - 11H 80%
11H 100%
12
10
8
6
4
2
0
110
115
120
125
130
135
temperatura (C)
Efecto en las curvas de sellado del 11H15DB, se puede ver que al aumentar la proporción de random en la
mezcla, las curvas se van corriendo hacia la izquierda, esto muestra que la misma fuerza de sellado se puede
lograr a una temperatura mas baja.
En las ilustraciones 1 y 2 se puede ver el efecto
que tiene al agregar random en la formulación, entre mayor sea la proporción de
07R87DB más se corre la curva de sellado
hacia la izquierda, esto quiere decir que para
lograr la misma fuerza de unión se requiere
menos temperatura al agregar más random.
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Propilco 11
135
1N/cms 11H
4N/cms 11H
1N/cms 08H
4N/cms 08H
130
125
120
115
110
0
10
20
30
40
50
60
70
80
%07R
Influencia de agregar 07R87DB en la temperatura inicial de sellado a 4N/cms y 1N/cms, la referencia 11H se
refiere a 11H15DB mientras que el 08H se refiere a 08H85DB.
La ilustración 3 demuestra que la temperatura
inicial de sellado baja a medida que se agrega más
random en la formulación, esto es equivalente al
efecto que se observa en las ilustraciones 1 y 2.
Como regla de dedo se puede decir que por cada
20% de 07R87DB que se agregue a la formulación,
la temperatura inicial de sellado baja 5 grados
centígrados.
También se puede decir que para lograr fuerzas de
selle más altas se requiere más temperatura. Como
regla de dedo se puede decir, aproximadamente,
subir 10oC en la temperatura de sellado cuadriplica
la fuerza de selle de la película.
En conclusión se puede ver que el agregar
07R87DB a la película trae beneficios para el
procesador, porque hay una mayor productividad
en la línea de sellado, por otro lado se puede lograr
selle con una fuerza de unión mayor, lo que mejora
la resistencia del producto terminado.
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Propilco 12