EXTRUSIÓN - Observatorio del Plástico

Transcripción

EXTRUSIÓN
INFORME DE VIGILANCIA TECNOLÓGICA
Edición 2013
AIMPLAS Instituto Tecnológico del Plástico 2013
EXTRUSIÓN: INFORME DE VIGILANCIA TECNOLÓGICA 2013
AIMPLAS Instituto Tecnológico del Plástico.
Diciembre 2013
Autora:
Pilar Villanueva Redón
AIMPLAS Departamento de Extrusión
Edita: AIMPLAS Instituto Tecnológico del Plástico
Calle Gustave Eiffel, 4 (Valencia Parc Tecnològic)
46980 PATERNA (Valencia) | ESPAÑA
Tel.: (+34) 961366040
Fax: (+34) 961366041
Web: http://www.aimplas.es
Correo-e: [email protected]
© 2013 AIMPLAS. Todos los derechos reservados.
Prohibida su venta.
La elaboración del presente informe ha sido financiada por IVACE – Generalitat Valenciana
Contenido
Obtención de films de polipropileno orientados biaxialmente con estructura microcelular (cavitated BOPP) . 1
Breve resumen ............................................................................................................................................... 1
Descripción de la tecnología y beneficios....................................................................................................... 1
Aplicaciones finales/Mercado ........................................................................................................................ 2
Estado de desarrollo de la tecnología y propiedad industrial (patentes relacionadas) ................................. 3
Termoconformado y decorado en el mismo paso .............................................................................................. 4
Breve resumen ............................................................................................................................................... 4
Nueva tecnología para colorear envases soplados de poliolefinas .................................................................... 6
Breve resumen ............................................................................................................................................... 6
TM
Nueva tecnología de espumado para láminas termoconformables CO2RE .................................................... 7
Breve resumen ............................................................................................................................................... 7
Descripción de los beneficios aportados por la tecnología ............................................................................ 7
Aplicaciones finales/mercado......................................................................................................................... 8
Observaciones: Tendencias AIMPLAS ............................................................................................................. 9
‘Línea verde’ para extrusión de tubería con mayor eficiencia energética ........................................................ 10
Breve resumen ............................................................................................................................................. 10
Descripción de la tecnología y beneficios..................................................................................................... 10
Aplicaciones finales/mercado....................................................................................................................... 11
Observaciones: Tendencias AIMPLAS ........................................................................................................... 11
Nueva tecnología de sellado para envase flexible ............................................................................................ 12
Breve resumen ............................................................................................................................................. 12
Estado de desarrollo de la tecnología y propiedad industrial (patentes relacionadas) ............................... 12
Baño de calibración por vacío con inteligencia artificial para fabricación de tubos ......................................... 13
Breve resumen ............................................................................................................................................. 13
Moldeo por extrusión-soplado de capa gemela para tanques de gasolina ...................................................... 15
Breve resumen ............................................................................................................................................. 15
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1
Tubería con núcleo espumado .......................................................................................................................... 18
Breve resumen ............................................................................................................................................. 18
Nueva técnica para medir el espesor de films multicapas................................................................................ 20
Breve resumen ............................................................................................................................................. 20
Tendencias en perfiles de compuestos plástico-madera (Wood Plastics Composites-WPC) ........................... 21
Breve resumen ............................................................................................................................................. 21
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Extrusión. Informe de Vigilancia Tecnológica
Obtención de films de polipropileno orientados biaxialmente con estructura
microcelular (cavitated BOPP)
Breve resumen
Triaxcell® es una tecnología de la empresa Conenor (www.conenor.com) desarrollada para
obtener una estructura microcelular de films orientados biaxialmente.
Descripción de la tecnología y beneficios
En esta tecnología se comienza con una lámina de BOPP que se orienta en dirección longitudinal
(MD) para formar una estructura de cavidades en forma de agujas como la que se indica en la Figura
1a. El film atraviesa posteriormente una cámara de difusión de gas para presurizar dichas cavidades,
para después ser orientado rápidamente en dirección transversal (TD) (ver Figura 1b). Esto provoca la
formación de cavidades con una forma parecida a una lente, formándose una estructura de
microceldas. El equipo de orientación transversal está diseñado para films de BOPP y BOPA y permite
obtener una relación de estirado de 1:8. La Figura 2 muestra un esquema de dicha tecnología.
(a)
(b)
Figura 1. a) Imagen de SEM de la estructura de un film TRIAXCELL® (estructura de agujas); b) Orientador
transversal (TD).
Figura 2. Esquemas de línea de BOPP cavitado tecnología TRIAXCELL.
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Mediante esta tecnología se pueden obtener films con diferentes estructuras y espesores tan finos
de hasta 20µm. Controlando los parámetros de la orientación longitudinal, transversal y la cámara de
gases se pueden obtener films con diferente rigidez.
Las líneas de producción tienen alrededor de 10 metros de amplitud y trabajan a 500m/min.
Figura 3. Film microcelular de BOPP con anchura de hasta 1600mm con una línea de Conenor.
Mediante la tecnología Triaxcell® el film de BOPP se transforma en una estructura microcelular
reduciendo la densidad por debajo de 0.3gcm3 (frente a 0.6g/cm3 obtenidos con otras tecnologías de
cavitación), resultando considerables reducciones en el peso de los films además de otras propiedades
atractivas como aspecto suave (soft touch), mejor propiedades barrera y así como comportamiento
eléctrico que abren las puertas de estos films en nuevas aplicaciones.
Una de las ventajas de esta tecnología es la reducción en las densidades del material, en su peso y
por lo tanto en el ahorro del coste del material.
Aplicaciones finales/Mercado
La tecnología se puede aplicar tanto el films/láminas monocapa como multicapa extruidos o bien
que han sido orientados previamente en una dirección.
La novedad de la técnica es que se puede utilizar el equipamiento existente con cambios
minoritarios y por lo tanto con un bajo coste de inversión.
La industria del BOPP utiliza film cavitado principalmente en aplicaciones de:
1) Envasado donde se requiere opacidad, propiedades barrera (especialmente a la humedad) y
sellabilidad por calor tanto en el exterior como en el interior.
2) Etiquetas donde se requiere mayor rigidez y estabilidad dimensional.
3) Sustitución de papel para obtener una mayor resistencia al rasgado (p.e. mapas, posters,
sobres de seguridad, carnets de conducir, etc).
Además el mercado del BOPP cavitado está creciendo de forma más rápida que el mercado del
BOPP. En la Tabla 1 se muestra la tasa de crecimiento según la zona.
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Tabla 1. Demanda y crecimiento de mercado de BOPP cavitado.
Europa Oeste
Centroeuropa y Este Europa
América Norte
América Sur
Asia
Japón
Resto del Mundo
TOTAL
Demanda
(x 100 ton)
2011
110
25
115
37
290
70
90
737
Crecimiento (%
por año)
2008-2011
5.0
11.6
6.6
7.2
8.0
8.4
14.5
8.1
Una de las oportunidades de la tecnología Triaxcell® es en aplicaciones electromecánicas, donde se
requiere elasticidad multidireccional y paredes con cavidades constantemente cargadas.
Un film con electrodos integrados genera electricidad cuando se comprime, y su alta sensibilidad
(200pC/N) lo hace ideal para aplicaciones en sensores. Si se aplica un voltaje entre los electrodos, el
espesor del film comienza a variar como consecuencia de las fuerzas electrostáticas que se generan, y
el film puede utilizarse como activador para producir sonido. A medida que la densidad del film
disminuye, la sensibilidad del film es mayor. Mediante el proceso Triaxcell se pueden obtener
densidades muy bajas, y además se pueden obtener cavidades con formas especiales, para
aplicaciones en las que el film necesita ser comprimido o alargado.
En el caso de materiales para paneles de circuitos, una estructura celular con cavidades
distribuidas de forma uniforme es ideal para conseguir una constante dieléctrica lo más baja posible y
el mínimo factor de pérdida dieléctrica.
Estado de desarrollo de la tecnología y propiedad industrial (patentes relacionadas)
TRIAXCELL® es una marca y una tecnología patentadas por Conenor Ltd y disponible bajo licencia.
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Termoconformado y decorado en el mismo paso
Breve resumen
La empresa Illig (www.illig.de, http://www.roegele.com/es/productos.html) ha desarrollado una
nueva tecnología, IML (‘In Mold Labeling’, etiquetado en molde), para producir envases
termoconformados y decorarlos en calidad de foto, todo en un sólo paso de producción.
Figura 4. Ejemplos de envases termoconformados obtenidos con tecnología IML.
Una unidad de IML, especialmente diseñada para esta aplicación, toma una etiqueta impresa de
un montón apilado y la ubica en la cavidad del molde donde se llevará a cabo el proceso de
termoconformado. Una vez se cierra el molde, se termoconforma encima de la etiqueta.
A continuación se indica el coste de dos tipos de tarrinas decoradas con la tecnología IML y
obtenidas a partir de una termoconformadora de Illig RDML 70K.
Tabla 2. Ejemplo coste de producción tarrinas decoradas con IML.
Tarrina rectangular con
etiqueta de 5 caras
Tarrina circular con borde
sellado con pared lateral con
etiqueta
Cavidades
12
12
Tiempo ciclo (s)
3.5
3.1
Peso de la tarrina (g)
12.5
6
Coste de material (€/kg)
1.5
1.5
Precio etiqueta (€/mil)
15.5
8
Coste de producción (€/mil)
41.40
21.80
La tecnología IML tiene una serie de ventajas, particularmente en lo que se refiere a la flexibilidad
de la aplicación: las etiquetas pueden aplicarse en uno, dos o tres lados, o incluso en cuatro o cinco
lados del empaque. De esta forma pueden combinarse tanto las propiedades ópticas como la función
del empaque producido. La tecnología puede además integrarse a líneas de formado, llenado y
sellado, de forma tal que la productividad e higiene se incrementan.
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La tecnología IML, de acuerdo con Illig, no requiere de paredes rectas, de tal forma que puede
adaptarse a diseños individuales, que incrementen el atractivo de un empaque en las estanterías.
Adicionalmente, cada cavidad del molde puede contar con una etiqueta diferente. De esta forma
puede llevarse a cabo un cambio de producto en las líneas de llenado de forma eficiente, sin
interrumpir la producción. Gracias a que está combinada con la tecnología de termoconformado, la
decoración no requiere espacio adicional en planta.
El envase puede tener cualquier forma, bien sea una bandeja, un empaque rectangular o un vaso.
La tecnología IML garantiza una adhesión perfecta con el empaque, exactamente en el lugar requerido
en el empaque. Adicionalmente, la etiqueta ayuda a incrementar la rigidez del empaque producido,
por lo que se puede ahorrar material durante el termoformado.
Las etiquetas se producen también en materiales termoplásticos, como PS o PP, pero también
pueden ser de papel. De esta forma se garantiza un reciclaje sin complicaciones.
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Nueva tecnología para colorear envases soplados de poliolefinas
Breve resumen
La empresa Clariant Masterbatches North America (http://www.masterbatches.com) ha
desarrollado una nueva tecnología de vehículo líquido (LVT- ‘liquid vehicle technology’) para eliminar
muchos de los problemas originados con el uso de colorantes líquidos o concentrados de color sólidos
utilizados en extrusión soplado de envases de poliolefinas, tales como polietileno de alta y baja
densidad o polipropileno.
El uso de masterbatches líquidos hasta ahora había estado limitado para el uso en poliolefinas
porque muchos carriers líquidos muestran incompatibilidad con poliolefinas.
El nuevo masterbach LVT utiliza un vehículo líquido que incorpora ayudas de suspensión y agentes
de acople incorporados para permitir mayores cargas de pigmento y utilizar bajas velocidades de
dosificación.
Algunas de las ventajas de dicha tecnología son:
•
•
•
Mejora de la resistencia de la línea de soldadura: el nuevo masterbatch líquido mejora la
unión de la soldadura de fondo a diferencia de otros carriers que tienden a migrar a la
superficie de los envases.
Mejora de la procesabilidad: el nuevo sistema tiene menos tendencia a deslizarse en la
superficie del husillo, se reduce la tendencia a formar marcas de flujo y se consigue reducir
las temperaturas de procesado hasta 17ºC, con la consiguiente reducción del tiempo de
enfriamiento.
Cambios de color rápidos: Los productos LVT de Clariant no se adhieren a las superficies
metálicas y de hecho actúan como agentes limpiadores, eliminando depósitos de material
dejados por otros materiales. Con los nuevos colores líquidos el cambio de color puede
completarse en minutos, en comparación a varias horas que suele durar utilizando
concentrados de color sólidos. Esta reducción en el tiempo de cambio de color repercute
en un aumento de la productividad y un ahorro económico.
La tecnología has sido probaba para envases monocapa, pero la compañía afirma que se podrían
obtener resultados similares en envases multicapa. La tecnología ha sido desarrollada en Norte
América pero ahora está expandiéndose a América el Sur, Europa y China.
Los nuevos masterbatches se muestran como una alternativa a los concentrados sólidos
especialmente en el mercado de producto de cuidado personal y envases de productos cosméticos.
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Nueva tecnología de espumado para láminas termoconformables CO2RETM
Breve resumen
La empresa Styron (www.styron.com) ha introducido la tecnología CO2RETM, para producir láminas
rígidas de PS espumadas, usando como agente espumante dióxido de carbono líquido inyectado. El
objetivo de dicha tecnología es producir envases con reducción de consumo de material.
Descripción de los beneficios aportados por la tecnología
Con esta tecnología se consigue una reducción del coste del envase, gracias a que reduce el peso
de cada aplicación. Además, como cada envase resulta más liviano, se reduce el peso durante el
transporte, reduciendo así emisiones (reducción huella de carbono). La tecnología CO2RETM permite
reducir la densidad en un 20%, pero presenta potencial para disminuir la densidad en mayor grado.
Además gracias a la reducción de la densidad se consiguen beneficios en todos los eslabones de la
cadena de valor: los transformadores utilizan menos materia prima y energía para producir el envase
final y los envasadores y usuarios finales se beneficiarán de una reducción en los residuos y en sus
tasas. Cabe destacar también que estas ventajas se consiguen manteniendo las propiedades mecánicas
y estéticas del envase.
La tecnología permite obtener lámina de poliestireno con un núcleo central espumado y utilizando
agentes espumantes físicos.
La espumación con CO2 líquido, permite controlar el tamaño de la celda, la estructura y otras
características de la celda espumada a través de la variación de los parámetros de procesamiento. Esta
nueva tecnología de espumado se diferencia de otras alternativas actualmente existentes en el
mercado en cuanto a que el proceso es más eficiente en costos y hay mayor control sobre el proceso
de espumado. El objetivo es hacer espumas de alta densidad, con densidades relativas en el rango
entre 0,75 y 0,85.
Figura 5. Foto de estructura de lámina espumada.
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Figura 6. Ejemplos de reducciones de densidades mediante CO2RE
TM
(Fuente: http://www.styron.com).
Figura 7. Ahorro en materia prima y en tasa de residuos al disminuir la densidad (Fuente:
http://www.styron.com).
Aplicaciones finales/mercado
La tecnología de espumado con CO2 en estado supercrítico puede ser utilizada para espumar
lámina de PS y posteriormente obtener envases por termoconformado útiles para el envasado de
alimentos y artículos de consumo.
Además permite obtener láminas espumadas con PS similares a las obtenidas hasta ahora con
otros agentes espumantes físicos (p.e. isobutano). Dicha tecnología se puede utilizar para obtener
láminas monocapa o multicapa, donde la superficie exterior puede encapsular el núcleo espumado y
camuflar su apariencia.
La tecnología CO2RE puede ser implementada en línea de extrusión existentes a un bajo coste.
La empresa australiana REMA Industries and Services (RIS), dedicada al envasado de alimentos,
está actualmente utilizando dicha tecnología. CO2RE mejora el balance rendimiento/coste del envase
alimentario rígido dentro de la cadena entera de suministradores y reduce la cantidad de residuo de
envase.
La empresa Styron dispone de licencias de esta tecnología para su implementación en líneas
existentes a un bajo coste, y aunque fue diseñada para trabajar con resinas de poliestireno Styron ATechTM, se pueden utilizar otros grados de poliestireno.
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Observaciones: Tendencias AIMPLAS
AIMPLAS dispone en su planta piloto del equipamiento para obtener perfiles y láminas espumadas
utilizando agentes espumantes químicos (azodicarbonamidas, hidroceroles…) y físicos (gas CO2 en
estado supercrítico). El equipo de espumación en tándem consta de 2 extrusoras conectadas en serie.
En la extrusora primaria el material plástico se funde y mezcla con el agente espumante. En la
extrusora secundaria la mezcla de agente espumante y polímero fundido se estabiliza mediante un
adecuado control de temperatura y presión.
La versatilidad de dicha línea de proceso permite el procesado tanto de diferentes materiales
como de diferentes agentes espumantes.
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‘Línea verde’ para extrusión de tubería con mayor eficiencia energética
Breve resumen
El fabricante de extrusoras Battenfeld-Cincinnati (www.battenfeld-cincinnati.com), junto con sus
colaboradores Labotek y SABIC, han presentado el nuevo desarrollo de una nueva línea de extrusión
para tuberías de poliolefinas con un ahorro de energía de hasta el 30%.
Las extrusoras de Battenfeld-Cincinnati van equipadas con motores AC de alta eficiencia, sin
embargo el reto de la empresa ha sido la optimización energética de los componentes auxiliares. La
refrigeración, el transporte de material y los dispositivos de corte han sido mejorados continuamente
para alcanzar una mayor eficiencia.
Uno de los últimos desarrollos es el concepto Green Pipe, que tiene una mejora significativa de la
eficiencia energética en la refrigeración de los tubos. En lugar de los baños convencionales de
refrigeración, donde cada tanque opera con un circuito separado, el sistema Green Pipe tiene los
tanques conectados unos con otros, por lo que el agua es bombeada a través de todos los tanques
desde el último al primero a contracorriente. Esto eleva la temperatura de retorno al enfriador
significativamente, lo que incrementa la posibilidad de hacer uso del free-cooling. Esto reduce la carga
en el compresor y consecuentemente la tasa de servicio de la bomba.
Según Battenfeld-Cincinnati, en una línea de extrusión de tubería operando 7.000 horas/año, se
pueden ahorrar hasta 300.000 euros en coste de electricidad.
Los componentes más relevantes para lograr ese enorme ahorro energético son:
-
-
-
-
Extrusoras monohusillo de la seria uniEX, con L/D 30 y utilizables de forma universal gracias a
su amplia ventana de procesado. Su ahorro energético proviene sobre todo de la
incorporación de motores de corriente alterna con convertidor de frecuencia enfriado con
aire.
Extrusoras monohusillo de la seria SolEX, con L/D 40, con motor de corriente alterna con
convertidor de frecuencia enfriado por agua, pensado para una forma de operar de bajo
consumo energético.
Hilera especial para tubos helix 250-3 VSI-T: El componente principal del nuevo cabezal para
tubos de tres capas es una cesta de enfriamiento, instalada entre el mandril de espiral y la
placa difusora. Mediante el sistema de enfriamiento EAC se conduce aire frío al interior del
tubo y, a continuación, el aire caliente se traslada al sistema de secado de material de Labotek.
Este enfriamiento interno del tubo mejora también la calidad del tubo, especialmente en
grandes tubos, en los que se mejora notablemente la homogeneidad del espesor del tubo a lo
largo del mismo.
Refrigeración de tubos con sistema Green Pipe: El sistema opera con bombas de vacío y de
agua que reducen el consumo de energía y cuenta con regulación de frecuencia. Además, este
sistema de enfriamiento necesita un volumen de flujo de corriente de agua un 90% inferior.
Esto se logra porque el agua de refrigeración se conduce al último tanque, de donde circula de
tanque en tanque en contra del sentido de la extrusión. Con las mejoras presentadas se puede
lograr un ahorro en el coste de la energía de al menos un 30%.
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Figura 8. El nuevo cabezal helix VSI-T+ con sistema EAC (Efficient Air Cooling).
Otras medidas para el incremento del ahorro en la línea han sido desarrolladas por Labotek A/S
(Dinamarca) y el productor de materia prima SABIC (Arabia Saudí).
Labotek ha desarrollado una versión EAC de sus secadores combi. El sistema de secado opera con
dos zonas de secado que trabajan separadamente. A la zona superior llega el aire caliente que se
extrae del interior del tubo. La zona inferior está montada como una zona de secado convencional que
opera mediante aire seco para el secado, con el fin de asegurar el grado de secado necesario. El
secador presentado requiere tan solo 11 kW para 1.500 kg/h de material. Por el contrario, los
secadores convencionales requieren, para esa misma cantidad media, 92 kW, lo cual se corresponde
con un ahorro energético enorme.
SABIC ha desarrollado un nuevo compuesto de PE especialmente para la extrusión
energéticamente eficiente de tubo. El Vestolen A-Rely 5924 R 10.000 necesita, claramente, menos
energía para su fusión y procesado en la extrusora que un PE 100 convencional.
Las extrusoras modelo uniEX permiten obtener tuberías con diámetros entre 35 y 75mm para una
amplia gama de polímeros. Mientras que las extrusoras modelo SolEX pueden procesar PE y PP en
diámetros entre 45 y 120mm. La combinación de ambas extrusoras permite obtener tubos
coextruidos.
Observaciones: Tendencias AIMPLAS
AIMPLAS dispone de líneas de extrusión piloto para la evaluación de procesado y obtención de
tuberías monocapa de una amplia gama de materiales termoplásticos. Mediante la ampliación de su
equipamiento actual, próximamente será posible obtener tuberías de hasta 3 capas con una nueva
línea de coextrusión.
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Nueva tecnología de sellado para envase flexible
Breve resumen
La tecnología PPS0145 desarrollada por Rinco Ultrasonics (http://www.rinco-usa.com/) amplia la
ventana de procesado del proceso de sellado de films realizado mediante ultrasonidos.
La nueva tecnología de sellado por ultrasonidos presenta una seria de ventajas:
•
•
•
•
•
•
Mayor ventana de procesado respecto a procesos de sellado convencionales.
Sellado de sustratos con mayor área superficial en comparación a otros métodos
tradicionales. Aumento de la resistencia en la zona de sellado.
Sellados de zonas desde 2 hasta 25mm, frente a 1-2mm con otras tecnologías.
Posibilidad de zonas de sellado con un contorno. La zona en relieve de la mordaza de
sellado permite reducir al fuerza de cierre y reducir la duración del ciclo.
Añadir diseños o logos de diferenciación mediante la creación de relieves en las mordazas
de sellado.
Dependiendo del tipo de film utilizado, Rinco ha determinado que su tecnología permite
conseguir una unión un 20% mayor que con sistemas de ultrasonidos convencionales.
Figura 9. Sistemas sellado Rinco.
Se puede aplicar en el sellado de envase flexibles para alimentos secos, líquidos, productos higiene
personal y productos electrónicos. El equipo ha sido diseñado para líneas de formado, llenado y
sellado (FFS) de ‘pouches’.
Los sistemas de sellado de ultrasonidos de la seria FPA han sido diseñados para sustituir a los
equipos existentes de formado de pouches, llenado y sellado FFS. El equioi FPA-4500 está diseñado
para pouches con área de sellado de hasta 4.5 pulgadas2, (inch2).
Tecnología patentada
Patente (US 8,376,016): Sonotrode and anvil energy director grids for narrow/complex ultrasonic
welds of improved durability
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Baño de calibración por vacío con inteligencia artificial para fabricación de
tubos
Breve resumen
La empresa Extrudex Kunststoffmaschinen GmbH (http://www.extrudex.de/) en Mühlacker,
Alemania, ha desarrollado la unidad de control VR-3, que produce vacío constante de forma
automática en el baño de calibración de una línea de extrusión.
La unidad VR-3 se opera a través de una pantalla táctil. Su controlador lógico programable
garantiza de forma automática:
-
Generación de vacío por medio de sistemas venturi
Constancia de vacío totalmente automática
Regulación del diámetro externo por medio de control del vacío
La regulación de la temperatura del agua del proceso
La generación y recuperación de datos importantes del proceso
El control compara de manera permanente el valor establecido con el valor real, que se registra
con mayor precisión por medio del sensor de vacío digital. Si el valor prefijado se desvía en >5 mbar, el
control interviene inmediatamente y ajusta de manera automática la lectura real al valor establecido
por medio de la unidad VR-3.
Los valores reales de vacío disponible para el producto individual, junto con los valores reales de
agua de enfriamiento se pueden almacenar de manera reproducible en el control PLC primario. Esto
permite un control confiable del proceso por medio de la obtención de medidas de control de
estabilización continua, además del registro y la adquisición de datos del proceso completo.
En la pantalla también se ofrece una función de control de la temperatura directa que está
integrada en el control y permite monitorear los valores fijados por medio de la temperatura de agua
de enfriamiento regulada y un sistema de enfriamiento abierto con rebase. Si un cliente opera un
equipo con un sistema de enfriamiento a presión, el agregado de una bomba de circulación opcional
permite regular de forma independiente la temperatura del agua de proceso en el baño de vacío.
Esto ofrece una ventaja con un sistema de enfriamiento de grandes dimensiones: es posible fijar la
temperatura de agua de procesamiento óptima para adaptarla a cada línea de extrusión en operación
de forma individual.
Asimismo, es posible integrar un intercambiador de calor opcional en el tanque de vacío. Este
agregado es necesario cuando el circuito de enfriamiento y el de procesamiento no deben entrar en
contacto. Esto ocurre, por ejemplo, en la producción de tubos que se utilizan para diálisis y
transfusiones endovenosas, en las que el agua de procesamiento debe ser ultrapura (es decir, debe
estar libre de bacterias y sustancias capaces de provocar infecciones). El agua de enfriamiento debe
permanecer separada del agua de procesamiento. Por ese motivo, el enfriamiento se realiza con una
unidad de intercambio de calor de acero inoxidable validada por la FDA.
Cuando se encuentra en modo mantener vacio constante, la unidad de control de vacío totalmente
automática VR-3 asegura mantener el valor prefijado de vacío de forma constante a lo largo de todo el
período de producción. Y esto se logra incluso con sellos desgastados y la inevitable reducción del
rendimiento de la bomba a causa del calentamiento.
Cuando la unidad está en el modo control del diámetro exterior, los diámetros de los tubos se
pueden mantener dentro de tolerancias prefijadas por medio del uso de un cabezal de medición láser.
Si, por ejemplo, el diámetro exterior se acerca al valor superior de tolerancia, la válvula de control de
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vacío reduce el vacío mínimamente hasta que el diámetro regresa a las dimensiones de producción
óptimas. Si el vacío es menor, el diámetro es también menor y viceversa.
La unidad de control de vacío VR-3 se puede agregar, en cualquier momento, a baños de
calibración por vacío existentes para la fabricación de cualquier tubo o tubería.
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Moldeo por extrusión-soplado de capa gemela para tanques de gasolina
Breve resumen
La tecnología de extrusión-soplado de capa gemela (Twin Sheet Blow Molding o TSBM)
desarrollada por Inergy Automotive Systems (www.inergyautomotive.com) permite integrar todos los
componentes del interior de un tanque de gasolina durante el proceso de soplado, al mismo tiempo
que reduce costes y emisiones atmosféricas. Esta tecnología sustituye al moldeo por extrusión-soplado
de cuerpo hueco multicapa con un ahorro en peso de hasta el 10%, ahorro en los costes de acabado y
reducción en las emisiones de carburantes.
10):
La obtención de tanques a través de este proceso se resume en las siguientes etapas (ver Figura
1. Extrusión del parison multicapa que es cortado en forma de dos hojas o láminas entre 8 y
10mm a su salida del dado, de forma que esta quedan entre un núcleo central móvil y un
molde.
2. El núcleo central móvil se encarga de colocar todos los componentes internos del tanque
de combustible (indicadores, válvulas, eyectores) durante la formación del parison.
3. En la primera fase de cerrado, el molde se cierra sobre el núcleo y cada hoja es inflada
para formar una mitad del tanque. Luego, por acción del núcleo central los dispositivos del
sistema de combustible son fijados al interior de las mitades ya formadas.
4. Después de dar la forma y fijar los componentes, el molde se abre para retirar el núcleo
central.
5. Se vuelve a cerrar el molde y se unen las dos mitades formadas en el primer cierre. El
sistema de combustible completo es producido en un tiempo de ciclo típico para un
tanque de combustible fabricado por moldeo por extrusión-soplado.
Figura 10. Esquema del proceso de moldeo por extrusión soplado de capas gemelas.
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Una de las ventajas del tanque de gasolina fabricado mediante este proceso es que permite
cumplir con las estrictas regulaciones ambientales que ponen límites a las pérdidas por evaporación de
combustible. Un tanque de combustible tiene una geometría compleja adaptada a la distribución del
carro. Fuera de ser un contenedor para el combustible del automóvil, tiene una serie de componentes
con funciones de dosificación, ventilación, llenado y medición del nivel de combustible. En un sistema
convencional, se hacen huecos a la coraza del tanque y las válvulas y puertos se sueldan al exterior del
tanque. Cada punto de fijación al tanque es una fuente de evaporación de combustible. Con el proceso
TSBM, es posible eliminar los puntos de fijación externos y las evaporaciones asociadas. Las pérdidas
por evaporación se pueden reducir de 180 mg hidrocarburo/día a sólo 36 mg/día para el sistema
completo.
El TSBM da libertad en el diseño. Mientras que los elementos externos requieren de espacio libre,
los elementos internos pueden ser puestos de manera flexible y óptima para mejorar el desempeño
del sistema. La disposición óptima puede mejorar la capacidad del tanque. Una válvula de venteo
localizada óptimamente puede reemplazar dos o más válvulas externas. Los componentes soldados se
reducen de doce a dos. La capacidad del tanque aumenta de 77 a 82 litros, a la vez que el peso total de
la pieza disminuye.
En resumen, los principales beneficios son:
-
Reducción costes.
Reducción emisiones de carburantes.
Reducción del peso.
Ahorro en costes de acabado.
Tabla 3. Resumen de características y beneficios de la tecnología TSBM.
Características de TSBM
Beneficios
Bajas emisiones al medioambiente. Cumplimiento
de todas las regulaciones de emisiones.
Componentes internos
Reducción de número de aperturas en el tanque y
por lo tanto reducción de la permeación a través
del tanque
Eliminación de operaciones de soplado necesarias
con tanques tradicionales de soplado
Mejor control de espesores de pared
Reducción del peso de la pieza
Óptima posición del sensor indicador del nivel,
válvulas y módulo de suministro del fuel
Incremento de la capacidad del fuel útil
Deflector (Baffle) integrado
Reducción del ruido (aplicación coches híbridos)
Incremento del alcance del vehículo
Disminución del número de componentes
Menor requerimiento de elementos de acabado
secundario
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10% reducción en coste
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Las etapas del proceso de esta tecnología son diferentes a las de un proceso convencional de
extrusión soplado de cuerpo hueco. Algunas de las diferencias básicas son:
-
El formado del tanque se realiza a partir de dos láminas extruidas que caen verticalmente
en estado fundido para ser atrapadas en el molde.
El soplado de aire se realiza en dos etapas.
La tecnología de extrusión soplado de capa gemela se utiliza para el soplado de tanques de
gasolina para los coches de la marca BMW Serie AG.
Figura 11. Tanque de gasolina fabricado por extrusión-soplado de capa gemela.
Para el desarrollo de estos tanques se utilizan varios materiales para formar una estructura de seis
capas como en los tanques moldeados por sistema tradicional. El componente mayoritario de la
estructura es el polietileno de alta densidad (HDPE), mientras que otros componentes minoritarios
como el copolímero de etileno y alcohol vinílico (EVOH) juegan un papel muy importante en las
prestaciones del tanque al mejorar la barrera a los vapores. Para el desarrollo de la lámina multicapa
se utilizan otros materiales como adhesivos para conseguir una buena adhesión entre las capas de
HDPE y de EVOH.
Figura 12. Estructura multicapa de tanques para gasolina.
Tecnología comercializada
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Tubería con núcleo espumado
Breve resumen
En el campo de la coextrusión de tubería es común coextruir sobre una tubería capas delgadas,
como agentes de adherencia o capas de barrera; sin embargo, actualmente se tiende a coextruir capas
que agreguen valor al producto final, por ejemplo para brindar protección contra el fuego, contra el
rayado o para aislar el contenido del tubo de campos electromagnéticos. Este tipo de polímeros, sin
embargo, tiene un alto costo y alta viscosidad, por lo que la distribución de flujo se hace compleja.
En el mercado de la coextrusión de tuberías, se observa una clara tendencia creciente hacia las
aplicaciones de baja presión que involucran un núcleo espumado.
La extrusión de tubería con núcleo espumado no se realiza a través de una tecnología diferente a
las ya existentes para coextrusión de tubería. Existen varias empresas que fabrican cabezales para la
coextrusión de tuberías y que pueden emplearse también para las tuberías con núcleo espumado.
En este apartado sólo se pretende destacar la posición de las tuberías con núcleo espumado en el
mercado y las ventajas que éstas aportan.
Cincinnati Extrusion (www.cet-austria.com) ofrece la tecnología para fabricar tubo coextruido con
núcleo espumado que permite calcular los ahorros en peso y coste asociado. Cincinnati ha lanzado la
cuarta generación de cabezales para 2 y 3 capas, destinados a la producción de tubos de poliolefinas;
logrando un aprovechamiento máximo del material, tolerancias mínimas en el espesor de las capas y
una alta calidad en el producto final. Los cabezales operan basados en distribuidores de mandril de
espiral "Iris", caracterizados por generar una presión menor que los cabezales normales. Están
disponibles para extruir tubería entre 16 y 630 mm de diámetro, aunque bajo pedido pueden
construirse unidades para diámetros mayores.
La empresa ETA (www.eta-kunststofftechnologie.de) dispone de cabezales para coextrusión de
tubería para la extrusión de tubos multicapa hasta 5 capas para poliolefinas y otros termoplásticos de
ingeniería. Los cabezales son diseñados para diámetros de tubería hasta Ø1.600 mm con distribuidores
en espiral. Los distribuidores en espiral poseen amplias ventajas en comparación con los distribuidores
convencionales de portamandril:
•
•
•
•
•
•
Tubos sin marcas de líneas de unión
Distribución uniforme de espesores
Tubos de superficies lisas
Alta productividad en la extrusión
Cambios rápidos de material y/o de color
Facilidad en el montaje
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Figura 13. Cabezal para la coextrusión de tubería de 5 capas con distribuidor en espiral.
Existen otras empresas capaces de diseñar cabezales para coextrusión de tubos espumados
(Battenfeld Extrusionstechnik, Weber, etc).
La importancia de este tipo de tuberías se justifica por las ventajas que aportan:
-
Ahorro de materia prima
Disminución de costos asociados al producto
Posibilidad utilización material reciclado
Mayor productividad (Kg/m de tubería)
La principal diferencia en los cabezales utilizados para la coextrusión de espumas es el diseño de
los distribuidores en espiral.
Con los cabezales disponibles en el mercado para este tipo de productos es posible realizar
prácticamente todas las combinaciones posibles de materiales y espesores de pared.
Las aplicaciones de estas tuberías son principalmente tubería de drenaje, tubería para
alcantarillado y conductos para cables.
Figura 14. Foto de tubos coextruidos con núcleo espumado.
Tecnología comercializada
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Nueva técnica para medir el espesor de films multicapas
Breve resumen
Los fabricantes de film multicapa mediante soplado afirman que es difícil mantener un control
preciso del espesor de las capas de un film que forman una estructura multicapa, especialmente en los
casos donde se utilizan materiales de alta barrera que son caros.
Investigadores de dos centros alemanes: el IKV (Institute for Plastics Processing) y el Fraunhofer
Institute for Laser Technology, han desarrollado un nuevo sistema que trata de medir el espesor de las
diferentes capas a tiempo real durante el procesado hasta una velocidad de 450m/min.
Las tecnologías utilizadas habitualmente durante la extrusión de film soplado no son capaces de
medir el espesor de las capas barrera, dentro de un sistema multicapa, que normalmente tienen un
espesor entre 1-20 µm.
El sistema desarrollado es capaz de medir el espesor de cada una de las capas de un film multicapa
y proporcionar el valor a tiempo real durante el proceso de extrusión de film soplado. El sistema se
basa en un sensor interferométrico infrarrojo (interferometric sensor and infrared Light) que detecta
los cambios en el índice de refracción del film. Estas variaciones pueden ser detectadas en la superficie
del film y también en la interfase entre dos capas adyacentes.
Mediante esta tecnología no será necesario recurrir a técnicas más costosas como la microscopía.
Además, el mayor control con la tecnología permitirá un ahorro importante de material.
Dicha tecnología podrá ser adquirida por cualquier fabricante de film monocapa o multicapa.
En el desarrollo de la tecnología han colaborado compañías como Octagon GmBH y Elovis GMBH
que fabrican equipamiento de medición y la empreas Kuhne que fabrica líneas de extrusión. Dicha
tecnología ha sido probada también en líneas de producción A+C-Plastic Kunststoff GmbH en
Eschweiler.
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Tendencias en perfiles de compuestos plástico-madera (Wood Plastics
Composites-WPC)
Breve resumen
Los plásticos pueden ser mezclados con materiales celulósicos como madera o fibras para producir
compuestos fácilmente procesables y reciclables que pueden ser utilizados para la extrusión de
perfiles.
Estos materiales permiten reducir costos e incrementar las propiedades mecánicas.
La formulación y procesado de compuestos plástico-madera no es sencilla debido a la falta de
compatibilidad entre las matrices poliméricas y las fibras de madera. Es necesario la utilización de
agentes compatibilizantes para mejorar la adhesión, reducir la absorción de agua e incrementar la
resistencia mecánica. Por otro lado, también es necesaria la utilización de lubricantes para facilitar el
procesamiento y evitar la abrasión del equipo.
El procesado de estos compuestos es más complicado porque la temperatura del proceso no
puede superar los 190ºC (para no degradar las fibras vegetales) y porque el contenido en humedad es
crítico. El proceso se realiza en dos etapas: una primera etapa de mezclado de todos los componentes
para obtener el compuesto en una extrusora de doble husillo y una segunda etapa de extrusión del
perfil en una extrusora monohusillo.
Empresas conocidas como Cincinnati Extrusion, Reifenhäuser, Bausano o Entex Rust & Mitschke
GMBH fabrican extrusoras de doble husillo para el procesado de compuestos plástico-madera.
La nueva extrusora de doble husillo paralelo fiberEX 114 de battenfeld-cincinnati, presenta altas
capacidades de producción y una estabilidad óptima del proceso, lo cual la hace ideal para la
fabricación de perfiles macizos de Wood Plastic Composite (WPC). Aunque la gama de extrusoras para
procesar WPC ya cubre el rango de capacidades de producción de 20 a 1.000 kg/h, la máquina fiberEX
114 amplía la gama de máquinas de forma notable, con un rango de rendimientos de 280 a 520 kg/h.
La extrusora paralela hace posible la fabricación de perfiles macizos de WPC con una estabilidad de
proceso óptima y la máxima capacidad de producción.
Puede trabajar también con materiales problemáticos de baja densidad y facilita los más elevados
rendimientos de desgasificación.
Figura 15. Extrusora doble husillo para WPC (battenfeld-cincinnati,).
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La empresa American Maplan ha patentado una tecnología para la coextrusión de perfiles de WPC
a partir de una boquilla con patas de araña. Esta tecnología está diseñada para PVC, poliolefinas y
otros polímeros con contenidos en fibras entre 30 y 70%.
Figura 16. Diseño boquilla coextrusión perfiles de WPC.
El mercado de los Wood Plastic Composites (WPC) presenta una productividad cada vez mayor.
Mientras el mercado de EE UU, hasta ahora principal tractor de esta industria, está ya prácticamente
saturado, la demanda de WPC en Europa crece al año entre un 20 y un 25%. Sin embargo, los mayores
crecimientos los presenta en la actualidad el mercado asiático con una estimación de aumento que se
encuentra entre el 30 y el 35%.
Los plásticos más comunes para la obtención de WPC son PVC, PP, PE, PS y PLA. Estos materiales
presentan diferentes aplicaciones en:
-
Sector construcción (baldosas, listones, perfiles para ventanas, etc.)
Sector automoción (partes con menor peso específico frente a compuestos con rellenos
inorgánicos).
Productos del hogar (manijas, agarraderas)
Figura 17. Perfil extruido de compuesto plástico-madera con acabado especial (Reinfenhauser).
Una nueva tendencia en el sector del WPC, que se desarrolló en el mercado alemán y que
entretanto está cobrando relevancia en Europa, son los perfiles para entablados macizos de WPC.
Frente a los perfiles para entablados huecos instalados principalmente hasta ahora, están comenzando
a ser una alternativa debido a diversas ventajas. Los entablados siguen siendo, con cerca del 75% del
volumen total del mercado, el principal comprador mundial de este segmento de la industria, aunque
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los nuevos productos, tanto inyectados como extruidos, someten a los fabricantes de máquinas a
nuevas exigencias.
Los perfiles macizos se pueden cortar en diagonal sin problemas e incluso cuando el corte es recto,
no requieren coberturas inyectadas, dado que no hay ninguna cámara que deba ser cubierta. Debido a
su menor superficie presentan además una menor absorción de humedad, lo cual significa que tienen
una mayor resistencia a las inclemencias meteorológicas. Esto es una ventaja importante,
especialmente en aplicaciones de exteriores, como las terrazas con planta no rectangular.
El espumado de compuestos de madera-plástico está ocupando también un lugar importante
dentro de las aplicaciones de los WPC. El 20% de los compuestos plástico-madera se espuman, siendo
estos mayoritariamente de PVC.
La empresa TechWood construye casas a partir de WPC en Europa y EEUU. TechWood produce los
componentes de las casas a partir de WPC con contenido de fibra natural de 75%. Se logra una rigidez
de 6.000 a 7.000 MPa con el uso de fibras largas. Los perfiles que van a soportar cargas se refuerzan
adicionalmente con insertos de metal o fibra de vidrio, logrando una rigidez de 10.000 a 14.000 Mpa.
Figura 18. Esquema de casa fabricada con WPC.
TechWood ha construido una colaboración con Cincinnati Extrusion desde 2002. De esta forma
Cincinnati ha podido optimizar continuamente su línea Fiberex. Los cinco modelos de extrusora (38,
58, 80, 92 y 135) están disponibles para entregas de hasta 1.000 kg/h. Cuentan con dosificación y
alimentación modulares de material que permiten el procesamiento de materias primas preparadas de
manera distinta, además de los sistemas de desgasificación para compuestos con hasta 85% de
contenido de fibras naturales.
Similarmente, en Colombia la empresa Maeco ha desarrollado en conjunto con la Universidad de
los Andes la producción de perfiles de WPC a partir de PVC reciclado y usando como relleno de cisco
de café, una cáscara del grano que se quita en la trilla. Se han construido casas de 48 m2 de área base
y su precio está alrededor de 8000 dólares.
Este nuevo compuesto de PVC y cisco de café, fabricado con 60% del residuo agrícola, se ha
concebido para diseñar productos para la construcción y se convierte en un competidor de materiales
tradicionales como la madera, el aluminio y el acero en aplicaciones no estructurales, y del concreto y
el ladrillo en sismorresistencia. La posibilidad de incluir PVC reciclado y también de reciclar los
productos después de haber cumplido con su ciclo de vida favorece aún más el posicionamiento
sustentable de esta nueva madera plástica.
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Informe realizado por:
Publicado en:
www.observatorioplastico.com
 AIMPLAS Instituto Tecnológico del Plástico.

EXTRUSIÓN - Observatorio del Plástico

Transcripción

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