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EXTRUSIÓN INFORME DE VIGILANCIA TECNOLÓGICA

Edición 2013

AIMPLAS Instituto Tecnológico del Plástico 2013

EEXXTTRRUUSSIIÓÓNN:: IINNFFOORRMMEE DDEE VVIIGGIILLAANNCCIIAA TTEECCNNOOLLÓÓGGIICCAA 22001133

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

mailto:[email protected]

1 © 2013 AIMPLAS. Todos los derechos reservados. www.aimplas.es

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



Nueva tecnología de espumado para láminas termoconformables CO2RETM .................................................... 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





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



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.



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.



Tabla 1. Demanda y crecimiento de mercado de BOPP cavitado.

Demanda (x 100 ton)

Crecimiento (% por año)

2011 2008-2011 Europa Oeste 110 5.0 Centroeuropa y Este Europa 25 11.6 América Norte 115 6.6 América Sur 37 7.2 Asia 290 8.0 Japón 70 8.4 Resto del Mundo 90 14.5 TOTAL 737 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.



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.

http://www.illig.de/

http://www.roegele.com/es/productos.html



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.



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.

http://www.masterbatches.com/



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.

http://www.styron.com/



Figura 6. Ejemplos de reducciones de densidades mediante CO2RETM (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 A-TechTM, se pueden utilizar otros grados de poliestireno.





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.



‘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%.

http://www.battenfeld-cincinnati.com/



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.



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

http://www.rinco-usa.com/



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

http://www.extrudex.de/



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.



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.


La obtención de tanques a través de este proceso se resume en las siguientes etapas (ver Figura 10):

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.

http://(www.inergyautomotive.com)/



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

Componentes internos

Bajas emisiones al medioambiente. Cumplimiento de todas las regulaciones de emisiones.

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

Incremento del alcance del vehículo

Deflector (Baffle) integrado Reducción del ruido (aplicación coches híbridos)

Disminución del número de componentes

Menor requerimiento de elementos de acabado secundario

10% reducción en coste



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



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



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



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.



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,).



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



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.

Informe realizado por:

Publicado en:

www.observatorioplastico.com

AIMPLAS Instituto Tecnológico del Plástico.

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