3. Introducción
Introducción
• La fabricación de películas orientadas se inicia con
La fabricación de películas orientadas se inicia con
la extrusión de una película con un cabezal
ranurado o circular. Esta película es luego
ranurado o circular Esta película es luego
orientada por estiramiento.
• A continuación describiremos el desarrollo del
A continuación describiremos el desarrollo del
proceso y explicaremos los detalles del proceso y
equipamiento con referencia a la morfología de los
equipamiento con referencia a la morfología de los
materiales usados.
4. Desarrollo de las películas orientadas
y su importancia comercial l
• Ya en los 30’s, se utilizaba el aumento de resistencia
a e os 30 s, se ut aba e au e to de es ste c a
por orientación para producir fibras textiles.
p y p
• En esa época, ya se estaban produciendo en
Alemania, películas biorientadas de resinas amorfas
como PS y PVC. Se entendió que era posible mejorar
las propiedades físicas tales como resistencia,
l i d d fí i t l it i
estiramiento, encogimiento, modulo de elasticidad,
resistencia a desgarre / rotura, rigidez y transparencia
resistencia a desgarre / rotura, rigidez y transparencia
mediante la orientación de la película y utilizar estas
mejores propiedades en muchas aplicaciones.
5. Desarrollo de las películas orientadas
y su importancia comercial l
• El proceso fue adicionalmente mejorado en los 50’s
p j
para fabricar películas de resinas semicristalinas como
PA y PET y aumento su importancia cuando se
desarrollo el PEBD en 1955 y el PP isotáctico en 1957.
desarrollo el PEBD en 1955 y el PP isotáctico en 1957
La utilización industrial del proceso en gran escala
comenzó después de 1960 cuando el celofán fue
reemplazado por el PP y el acetato de celulosa por el
l d l PP l t t d l l l
PET. Para estirar longitudinalmente la película se uso
estiramiento por rodillos y para el estiramiento
p yp
transversal se uso un marco de mordazas (tenter
frame), sistemas muy comunes en la industria textil.
6. Desarrollo de las películas orientadas
y su importancia comercial l
• Para hacer mas eficiente el proceso, actualmente se usa el
concepto de optimización de los procesos individuales, en el
cual cada uno de los pasos, si es posible, se lleva a cabo en
un elemento de línea dedicado. Esto aumenta el numero de
factores controlables independientemente, el proceso total
en si, es mas controlable. Este concepto demanda un
extremadamente alto estándar de diseño y un gran numero
y g
de unidades conectadas en serie para formar una línea
completa.
• Para tener una alta eficiencia estas líneas están diseñadas
Para tener una alta eficiencia, estas líneas están diseñadas
para altas producciones que fluctúan entre 1000 a 5000
kg/hora.
7. Teoría del proceso de orientación
Teoría del proceso de orientación
• Introducción
Introducción
• Procesos de fabricación
• Líneas de producción
í d d ió
• Cabezales de extrusión y unidades de
enfriamiento para la producción
– Control de temperatura
• Unidades de estiramiento
8. Introducción
Introducción
• La estructura molecular y la “textura” de la resina amorfa o
termoplástica determinan la forma en las cual las propiedades
físicas pueden influenciarse o alterarse por medio de un
tratamiento termo mecánico a temperaturas por debajo del
punto de fusión. En un proceso de estiramiento, las
t d f ió E d ti i t l
macromoléculas reciben una orientación determinada por la
dirección del estiramiento; esta orientación, gracias a una mejor
utilización de las fuerzas aumenta la resistencia y el modulo
utilización de las fuerzas aumenta la resistencia y el modulo
elástico, reduce el estiramiento a rotura ; también mejora las
propiedades de bloqueo. Esta perfectamente claro que la calidad
final del producto y la eficiencia del proceso depende
final del producto y la eficiencia del proceso depende
absolutamente de las propiedades del material usado y su
tratamiento durante el fundido, homogenización y moldeo.
9. Nivel de
rotura
Estructura microscópica de un PP
Micro parcialmente cristalino
Lado izquierdo: diagramas esquemáticos
rajadura
Lado derecho: microfotografías
Arriba: lamela doblada como elemento
básico de una estructura cristalina
Nivel de Centro: crecimiento de lamelas dobladas
doblez en una superestructura esferulítica
Abajo: esferulitas creciendo j
j juntas desde
Dirección d
Di ió de
el fundido.
crecimiento
10. Dirección de
estiramiento
Comportamiento de deformación de polímeros parcialmente cristalinos durante el estiramiento
Lado izquierdo: comportamiento de deformación después de Ilev y Keller
Lado derecho: corte ultra fino de PE orientado – contraste por el método Kanig (estiramiento vertical)
11. PET, p. 261
Películas biaxialmente orientadas
Películas biaxialmente orientadas
Campo de aplicación Materiales Espesor Propiedades
(estirado),
µ
j
Embalaje PP, PET, PA6
, , 10-40 Transparencia, sellabilidad, maquinabilidad,
p , , q ,
imprimible
Dibujo PEAD 20-100 Homogeneidad, planitud
Fotografía PET 100-300 Transparencia, pureza, precisión de perfil
Grabación sonido PET 4-8 Homogeneidad, resistencia
g ,
Aislamiento eléctrico PET, PP, PS 3-200 Homogeneidad, pureza, precisión de perfil
Película de condensador PET, PP, PS, PC 2-10 Homogeneidad, pureza, precisión de perfil
12. Películas mono orientadas
(encogimiento reducido)
( d d )
Campo de aplicación Materiales Espesor Propiedades
(estirado)
µ
Cintas dh i
Ci t adhesivas PP, PEAD,
PP PEAD PVC 35-200
35 200 Resistencia a l t
R i t i la tensión, adhesión
ió dh ió
Aislamiento eléctrico PC 2-50 Homogeneidad, pureza, precisión de perfil
Rafia PEAD 25-30 Resistencia a la tensión, tenacidad
13. Películas mono orientadas
Películas mono orientadas
Campo de aplicación Materiales Espesor Propiedades
(estirado) µ
Cintas de embalaje PP, PET, PA 200-800 Resistencia a la tensión, estabilidad de forma,
precisión de perfil, alargamiento
Cintas de tela de sacos PEAD, PP 25-35 Tenacidad, adhesión
Cintas para tela de PP, PET 35-50 Tenacidad, bajo encogimiento
alfombra
Cintas para cuerdas PP, PET 50-80 Tenacidad, alargamiento
Cintas para fibras PP 25-35 Tendencia la separación, tenacidad
15. Propiedades de tensión de películas
orientadas sopladas y planas
Propiedad Dirección PP BO Soplado PPBO plano
Resistencia a la tensión, MPa DM 186 ‐ 207 124 – 165
DT 186 ‐ 207 207 – 241
Alargamiento, %
Alargamiento % DM 70
70 ‐ 90 110
110 – 150
DT 70 ‐ 90 30 – 60
Modulo secante 1 %, MPa DM 2415 1725 ‐ 2415
DT 2415 2760 – 4140
Fuente: The Wiley Encyclopedia of Packaging Technology, p. 419
16. Propiedades de películas de PPBO
Propiedades de películas de PPBO
Propiedad PPBO soplado PPBO plano PPBO modificado
con deslizante
Densidad, g/dm3 0.905 0.905 0.905
Rendimiento, m2/kg 43.5 43.5 43.5
Opacidad, % 2.0 2.0 2.0
Transmisión Luz, %
Resistencia Desgarre, N/mm 1.5-2.3 1.5-2.3 1.5-2.3
Rango termosellado, ºC
Temperatura Termosellado ºC
C
Barrera O2, cm3.25 um/m2.dia 1500-2300 1500-2300 1500-2300
Barrera H2O, g.25 um/m2.dia 4 5 5
CdF, 23 ºC, 50 HR 0.4 0.4
cara-cara 0.2-0.4
Espalda-espalda 0.2-0.4
17. Propiedades de películas de PPBO
Propiedades de películas de PPBO
Propiedad Acrílico (1) Pvdc (1) PVOH (1) Sellado Baja Coextruído Blanco Metalizado
Temperatura opaco
Densidad, g/dm3 0.91 0.91 0.91 0.905
Rendimiento, m2/kg 43.3 38.7 42.5 43.3 43.3 60.6 43.5
Opacidad, % 1.1 1.5 1.0 1.5 2.0
Transmisión Luz, % 15-60 0.5-2.5
Resistencia Desgarre, N/mm 1.5-2.3 1.5-2.3 1.5-2.3 1.5-2.3
Rango termosellado, ºC 39 28 22-61
Temperatura Termosellado ºC
C 110 150
110-150 121 150
121-150 74 150
74-150 88 150
88-150
Barrera O2, cm3.25 um/m2.dia 1500-2300 10-45 0.3 2000-2700 1500-2300 0.45-150
Barrera H2O, g.25 um/m2.dia 5 5 5 5.5 5-9 0.45-5
CdF, 23 ºC, 50 HR
cara-cara 0.25 0.2-0.4 0.23 0.2-0.4
Espalda-espalda 0.25 0.2-0.4 0.2-0.4
(1) Recubrimiento que modifica las propiedades de la película
18. Extrusión de películas orientadas
Extrusión de películas orientadas
• Extrusora • Estiramiento transversal
Estiramiento transversal
• Cambia Filtro • Termofijado
• Cabezal plano
Cabezal plano • Control de espesor
p
• Rodillo de enfriamiento • Tratamiento corona
• Arrastre de película o
Arrastre de película o • Refilado y reciclamiento
y
al extrusor
lámina
• Rebobinadora
• Estiramiento longitudinal
Estiramiento longitudinal
PET 1987, pag. 257
20. Etapa de proceso Designación Datos técnicos
Extrusión
Extrusión Monotornillo
Monotornillo Producción 4500 kg/h
Producción < 4500 kg/h
Coextrusión Extrusor paralelo y adaptador Vpu < 2500 cm3/rev
laminar ΔP < 0.3 bar
Dosificación
Bomba de engranajes ΔT < 0.2 C
ΔT < 0.2 ºC
Extrusor en cascada
21. Etapa de proceso Designación Datos técnicos
Filtración Filtro de larga vida Área de filtración: 0.1 a 46.5
Filtro de doble cámara
Fil d d bl á cm2
Filtro de cascada Ancho de malla: 10 a 20 µ
ΔP = 20 a 100 bar
Vida de servicio de 1 a 3
Vida de servicio de 1 a 3
semanas
22. Etapa de proceso Definición Datos tecnicos
Colada Cabezal, rodillo frio, medidor de aire Ancho de 450 a 1150 mm
Enfriamiento
E fi i t Cabezal de soplado, anillo de
C b ld l d ill d Diámetro de rodillo, 500 a
Diá t d dill 500
enfriamiento, baño de agua 2500 mm
Velocidad de arrastre hasta
100 m/min
/
Hasta 3 mm de espesor
23. Etapa de proceso Designación Datos técnicos
Temperatura Rodillos calentados con aceite T: 180 a 220 ºC
Acondicionamiento Hornos de aire caliente
Hornos de aire caliente ΔT ≤ 1 ºC
ΔT ≤ 1 ºC
Radiadores térmicos
24. Etapa de proceso Designación Datos técnicos
Estiramiento Líneas biaxiales Relación estiramiento:
(Secuencial o simultanea)
(Secuencial o simultanea) Longitudinal 1:3 a 1:6
1:3 a 1:6
Líneas mono axiales Transversal 1:3 a 1:10
V2 > V1 = 100 a 400 m/min
25. Etapa de proceso Designación Datos técnicos
Rebobinado Central Diámetro hasta 600 mm
Automático de
Automático de torreta Ancho hasta 4000 mm
Ancho hasta 4000 mm
Multipropósito
26. Etapa de proceso Designación Datos técnicos
Recuperación de desperdicios Molino de corte Aditivos hasta 50 %
Ciclones
Dosificación de desperdicios
28. Mezclador de fundido tipo 3DD (tope)
e ilustración simplificada del paso de
flujo en las ranuras (abajo)
1 a 10 líneas de flujo
29. Extrusión de doble tornillo
Extrusión de doble tornillo
Detalles técnicos – Amplio espectro de resinas
Corto tiempo de residencia del fundido en la unidad de
plastificación mejor calidad de fundido.
Auto limpieza de los elementos del tornillo debido al
entrelazado.
t l d
Desgasificado de materiales higroscópicos no se
necesita secador.
Diseño compacto de maquina se requiere menos
p
espacio
Cilindro y tornillo en material especial y diseño modular
alta flexibilidad, larga vida
Motor CA con enfriamiento por agua menor carga
térmica en el ambiente, bajo nivel de ruido, casi sin
mantenimiento
31. Extrusión de película multicapa
Extrusión de película multicapa
A Coextrusor
B
B Extrusor
Extrusor
C Coextrusor
D Coextrusor
B1 Doble tornillo
B2 Mono tornillo
A, C, D Coextrusores
32. Sistema de extrusión de doble tornillo con
alimentación directa de resina en polvo
Tornillo alimentación
polvos
Unidad de
enfriamiento
Bomba de
fundido
Filtro
Cabezal
Extrusores
E t
satélites
Rodillos
Película
Filtros
colada ODM
Extrusión principal
33.
34. Arreglo de filtros de alta capacidad en unidades
de extrusión para producción de películas
orientadas
A) Película de PET orientada
B) Película fina de PET
C) Película de PP orientada
D) Película multicapa orientada
a) Extrusor de fundido
b) Extrusor con alimentación de fundido
c) Filtro continuo
d) Filtro larga vida
e)) Bomba de
B b d engranajes j
f) Adaptador multicapa
35. Sección transversal de un cabezal plano ranurado
En el caso de una película plana, el fundido es extruido como
película sobre un rodillo frio y solidificado. Con este fin, se usa un
cabezal plano que lleva cartuchos de calentamiento y que tiene un
labio flexible deformable Ver figura.
deformable. figura
El rango de espesor es 15 – 500 um. Se puede obtener mayores
espesores con aberturas de cabezal mayores.
Se puede producir películas coextruídas con cabezales multicanal
o por el sistema de adaptador (caja de alimentación). En el caso de
multicanal, l componentes f did i di id l están como
lti l los t fundidos individuales tá
películas formadas en el cabezal y se juntan justo cuando llegan a
la abertura del cabezal.
El sistema de adaptador se prefiere para producción de películas
p
multicapa.
36. Rodillo de enfriamiento
a) Cabezal ranurado
b) Cuchilla de aire
c) Rodillo de colada
d) Rodillo de arrastre
38. Cabezal
Soplado de aire
Banda metálica
Campo electrostático
Rodillo frio
39. Sistema ajustable de sujeción de
bordes con soplado de aire
Cabezal
C b l Enrollado de banda
E ll d d b d
Comando de tensión de banda
Bordes
de bobina
Película
Sistema de en bobina
soplado de aire
Rodillo frio
Enrollado de banda
41. Cabezal
Rodillo de enfriamiento
con rociadores de agua
i d d
Carro de remoción de cabezal Tina de agua con
rociadores de agua
Cuchilla de aire
C hill d i
51. Hector Touzet:
DMT, 10.2001
Rodillo ODM con calentamiento directo a gas: alta eficiencia, bajo
mantenimiento; costo eficiente
52. Proceso de estiramiento secuencial
Película original Después de estiramiento Después de estiramiento
g
longitudinal longitudinal y transversal
Cambio de forma durante el estiramiento
Película original Después de estiramiento Rl: relación de estiramiento longitudinal
simultaneo
i lt Rt: relación d estiramiento t
l ió de ti i t transversal l
55. Línea para la producción de película de PPBO con una producción de 3,500 kg/hora
a unidad de extrusión; b rodillo de enfriamiento; c estiramiento longitudinal; d estiramiento transversal; e unidad
de arrastre con sistema de medición de espesor; g sistema de rebobinado; reciclado automático de refiles.
57. Comparación del estiramiento secuencial (A) y el estiramiento simultaneo (B)
a producción de la película con compresión del fundido, filtración, colada y enfriamiento; b calentamiento de la película a temperatura
de estiramiento; c estiramiento longitudinal; d estiramiento transversal; e estabilización dimensional p calentamiento de la película;
g por p
f procesamiento, rebobinado, distribución
60. Ventana de proceso para PPBO
Comparación de Secuencial con Simultaneo
ºC
Temperatura de estiramiento
Secuencial
DT
e
Simultaneo
DM X DT
Secuencial
DM
Relación de ti
R l ió d estiramiento
i t
65. Técnicas de orientación
P lí l encogible estándar
Película ibl á d
Proceso Doble-Burbuja
Calentamiento
y orientación
Extrusión
Enfriamiento película
Formado
orientada
i d
de tubo
primario
Rebobinado
66. Proceso de estiramiento de
película soplada
a. Extrusión
b. Baño de agua
c.
c Precalentamiento
d. Rodillos de presión 1
e. Sistema de precalentamiento
f. Sistema de estiramiento
g.
g Armazón de colapsamiento
Armazón de colapsamiento
h. Rodillos de presión 2
i. Termofijado
j. Rebobinado
PET, p. 280
67. Línea de fabricación de película biaxialmente orientada por el proceso multiespacio para estiramiento de
angostamiento reducido
A extrusor; b cabezal anular de soplado; c armazón de colapsamiento; d unidad de angostamiento reducido; e
rebobinado
72. Aplicaciones d PETBO
A li i de
Propósito General
Transparente para empaque
Laminación
Especialidades
Películas ultra delgadas
Películas gruesas para aplicaciones ópticas
Películas tensionadas
Películas coextruídas
Películas blancas para graficas
Papeles sintéticos
Tapas flexibles sellables
73. Aplicaciones de PPBO
A li i d
Propósito general
Transparentes
Películas sellables de 3 capas
Especialidades
p
Etiquetas: envolventes,
autoadhesivas, encogibles, en molde
Películas de alta resistencia
Películas de alta barrera
Películas termoencogibles
Películas de bajo punto de iniciación
de sellado
Papel sintético
Tapas flexibles sellables
Películas recubiertas
75. Laminaciones estándar con película PETBO
Estructura
Trilaminado para café, te, maní, cosméticos
Café
C fé
PET/ALU/PE, 12/8/60 um
Bolsa de café
PPBO/impresión/PET met/PE, 30/12/60 um
Maní
PET/ALU/PE,
PET/ALU/PE 12/8/60 um
Sachets de cosméticos
PET/ALU/PE, 12/8/40 um
76. Película PET para tapa de yogurt
Reemplazo de folio de aluminio
Yogurt, margarina
Comida rápida (sopas y pastas)
Bebidas (agua mineral, jugos)
Alta resistencia a la punción
Posibilidad de uso de detectores de metal
Tapa que no se desgarra como el alu
T d l l
Laca Impresión
transparente
Fondeado blanco
(opcional)
Imprimante
Laca termosellable a PS, PP
77. Tendencias para películas PET
orientadas simultáneamente
i t d i ltá t
Películas ultra delgadas para capacitores
Espesor menor a 0 5 um
0.5
Alta rigidez
Buen maquinado
Películas tensionadas para aplicaciones técnicas
Rango de espesor de 4 a 12 um
Modulo ultra alto
Buen maquinado
Películas gruesas para aplicaciones ópticas
Espesor hasta 250 um
Excelentes propiedades ópticas
E l t i d d ó ti
Valores muy bajos de encogimiento
Propiedades mecánicas isotrópicas
Bajo nivel de ondulación
j
78. Película de Poliamida
Biorientada
Aplicaciones de Empaque
Comidas congeladas, comidas
preparadas
Vegetales marinados
Bolsas de comida esterilizada
Productos hospitalarios
Medicinas y partes de maquinas
Empaque de productos acuáticos y
destilados
80. Películas especiales de PPBO
Tipo d
Ti de película
lí l Ventajas
V t j Requerimientos de
equipo
Sobre envoltura encogible Paquetes ajustados a Flexibilidad en patrones de
alta velocidad de encogimiento en DM
empacado
Encogimiento: 16 % en DM
Velocidad: 800 p/min
Encogimiento: solo en mordazas de sellado
No se necesita túnel de encogimiento
Propiedades de sellado rápido
Internamente; Baja TIS y alto CdF
Excelente óptica
Empaque ajustado
81. Película transparente multicapa
Tipo de película Ventaja Requerimientos de equipo
Película multicapa
p Mayor vida de anaquel
y q Proceso de estiramiento de
transparente de barrera una sola etapa
PP COPO 0.7 um
PP HOMO 8.5 um
CAPA ADHESIVA 0.4 um
EVOH 1.3 um
CAPA ADHESIVA 0.4 um
PP HOMO 8.5 um
PP COPO 0.7 um
Barrera O2: 2.08 cm3/m2, dia, bar TOTAL 20.5 um
23 ºC, 75 % HR
