9 de agosto de 2013

Mercado de peliculas sopladas - Las bolsas comerciales

Las películas coextruídas se convertirán en una fuerza?
Hace menos de 10 años, este era un negocio manejado principalmente por estructuras de PEBDL de una sola capa. Hoy en día, el  PEAD - APM (polietileno de alta densidad - alto peso molecular) tiene más o menos el 80% del peso, un cambio que se explica por la capacidad inherente del alta densidad para ser adelgazado. Sin embargo, una gran mayoría de las películas para bolsa de comestibles es aun procesada en líneas monocapa. Por ejemplo, la mayoría de los convertidores locales, siguen fabricando productos de una sola capa.

Como lo han hecho durante años, los proveedores de maquinaria parecen convencidos de que este mercado con el tiempo ira a multicapa. No hablamos de una estampida, pero la coextrusión está incursionando en la producción de las bolsas comerciales, y sospechamos que seguirá conforme las líneas mayores sean reemplazadas. No necesariamente por razones de rendimiento, sino mas bien por apariencia y tacto. Una estructura de tres capas con LLDPE en el exterior y en el interior y PEAD-APM en el medio puede ser suave y brillante y sin embargo lo suficientemente rígido para ser adelgazada hasta 12 micrones de espesor. En otros países cuando el mercado de  bolsa de comestibles estaba con un exceso de oferta, los procesadores con capacidad de coextrusión generalmente consiguieron el negocio.

A pesar de todas las ventajas de las estructuras multicapa, algunos fabricantes de maquinaria advierten a los procesadores tener cuidado con la disposición de las capas: El PEBDL como una capa externa que comprenda el 15% del espesor total puede causar grandes problemas en la formadora de bolsas. Si la temperatura de las barras de sellado está demasiado alta, la película se pegara y no sellara. Si esta demasiado baja, no se pegara, pero tampoco sellara.
Otro fabricante de maquinas, también ve a la coextrusión convertirse en una fuerza importante en este negocio. La tendencia se moverá hacia películas coextruídas simplemente debido a la flexibilidad que ofrece el proceso de hacer diferentes y mejores productos. El mercado ha madurado hasta el punto en que los supermercados y otros grandes clientes reconocen el desempeño superior que ofrece una bolsa coextruida.

Pero que los procesadores de películas opten por la coextrusión o sigan con las estructuras probadas de una sola capa, podría depender de cuan buenos son los proveedores de resina para hacer frente a la debilidad principal del PEAD-APM - susceptibilidad al desgarre en dirección de la máquina. Los fabricantes de resinas confían en que pueden modificar las resinas para mejorar la resistencia al impacto Dart y el modulo. También pueden mejorar la resistencia al desgarre en DM bajando la densidad del material aunque así la rigidez disminuye.

El tamaño importa
Otra tendencia a seguir es el aumento de tamaño del extrusor. En los últimos años, los principales fabricantes de extrusores han introducido máquinas más grandes destinadas a este mercado. Las tasas de producción son ahora de 400 kg / hr y mucho más. La máquina estándar solía ser 80 mm diam., Ahora está en el rango de 100 mm. Los diámetros de los cabezales, asimismo, han  aumentado desde 200 mm hasta 275 mm.
El cambio a "más grande es mejor" esta impulsado por varios factores. Por un lado, la mayoría de los procesadores de hoy en día quieren extrusión de película "en tres filas", lo que significa que ellos extruyen en anchos de tubo plano de 1500 mm (60 pulgadas) y cortan el tubo colapsado dos veces para crear tres carriles. Tal sistema requiere un extrusor con más capacidad de bombeo y un cabezal de mayor diámetro.
 
Los extrusores de mayor producción, a su vez, afectan directamente a la forma en que necesitas enfriar la película. Las burbujas angostas de un carril pueden salir sin enfriamiento interno de la burbuja, pero el enfriamiento interno de burbuja (IBC, en ingles) es obligatorio para algo más grande. Cualquiera que sigue tratando de competir con equipos sin IBC está condenado al fracaso. No se puede conseguir velocidad de producción sin este.

Algunas procesadores establecidos de bolsas de comestibles han explorado producir con lineas de cuatro carriles como una forma de mejorar la productividad. Pero los fabricantes de maquinaria, advierten a los no iniciados no intentarlo. "Cuatro carriles en una bobina de 2000 mm de ancho no es viable. A mas ancha la bobina, más fuertes tienen que ser los ejes de la rebobinadora. En cuatro carriles, estamos hablando de una bobina de 2740 kgs, 1900 mm de ancho que es muy difícil de manejar. Algunos procesadores lo están haciendo, pero deben tener excelentes operarios." Con PEAD-APM especialmente, mientras mas ancha la burbuja, mayor es la probabilidad de que la película se arrugue y pandee, lo cual causa estragos en la impresión y la formación de las bolsas.

Referencias
Blown film strategies: with the right technology, you can go where the growth is
James J. Callari - Plastics Technology

8 de agosto de 2013

WRAP conduce una investigación para mejorar la calidad del PET reciclado para su uso en embalaje de alimentos

WRAP ha llevado a cabo una investigación para mejorar la calidad de PET reciclado (rPET) para su uso en el envasado de alimentos, permitiendo asi que el material sea más ampliamente utilizado.

La investigación se realizó en respuesta al compromiso con los usuarios de rPET en el Reino Unido, que reportaron que su capacidad de aumentar la cantidad de rPET en nuevas botellas de bebidas y envases de alimentos se estaba viendo afectada por la calidad del mismo rPET. WRAP emprendió el proyecto con reprocesadores, convertidores y usuarios finales de plásticos tales como los minoristas y propietarios de marcas (que utilizan rPET en aplicaciones de embalaje). El objetivo fue identificar cuáles eran los problemas de calidad en el rPET, investigar las causas y desarrollar algunas soluciones.

Principales conclusiones del informe
El informe hace recomendaciones para mejorar la calidad del rPET grado alimenticio, lo que ayudará a reducir el impacto ambiental, conforme más material se desvíe de los vertederos y se utilice como contenido reciclado en envases nuevos de alimentos. Al mejorar la calidad de rPET, esto estimulará aún más la demanda de rPET que puede ayudar a aumentar la infraestructura de reciclaje en el Reino Unido para el PET reprocesado.

Los factores que afectan la calidad de rPET incluyen: diseño de embalaje, el nivel de calidad de los fardos de botellas recuperadas de las Instalaciones de Recuperación de Materiales (IRM) y los métodos de reprocesamiento. La decoloración se debe a la contaminación de PVC (cloruro de polivinilo), plásticos de colores, metales, películas plásticas y partículas finas.

La investigación encuentra que la calidad del rPET puede mejorarse de las siguientes maneras:
  • Las marcas, los minoristas y los convertidores de envases diseñando botellas y envases PET termoformados ayuden a reciclar y reduzcan la contaminación, y el uso de resinas vírgenes destinados a reciclaje y reprocesamiento;
  • Los IRMs y clasificadores de plásticos trabajen para mejorar la clasificación y separación de envases de plástico, y
  • Los reprocesadores de rPET grado alimenticio tamicen / filtren / las escamas de rPET para eliminar las partículas < 2 mm de tamaño
Acerca de Wrap
Wrap se creó en 2000 para ayudar al despegue del reciclaje en el Reino Unido y crear un mercado para los materiales reciclados. conforme creció el entendimiento que el "residuo" es en realidad "material valioso" y que el desperdicio de recursos no tenían sentido ambiental o comercial, los gobiernos de todo el Reino Unido incrementaron los esfuerzos para abordar estas cuestiones. Durante la última década, ha ayudado y sigue ayudando a los gobiernos a elaborar estrategias para hacer frente a estos problemas a través de nuestra experiencia, la investigación y el asesoramiento práctico.

Fuente: Wrap
SpecialChem
08 Agosto 2013

7 de agosto de 2013

Mecánica del Rizado, Parte 1 - Rizado en Dirección de la Máquina

En esta primera parte de una serie de cuatro partes sobre rizado (curl), el experto en manipulación de bobinas, Tim Walker cubre el rizado en productos recubiertos y laminados

El rizado es común en productos recubiertos y laminados. El rizado se crea cuando dos materiales se unen entre sí en deformaciones diferentes. Los laminados se rizan hacia el lado con la dimensión más corta.

El rizado en dirección de la máquina (DM) es el más fácil de entender. La tensión estirara una bobina. el porcentaje de deformación elástica en una bobina será proporcional al esfuerzo de tensión de la bobina (fuerza de tensión dividida por el área de la sección transversal de espesor veces el ancho, esfuerzo = F / tw).

Para bobinas de poliéster, la tensión DM será un número pequeño - menos de uno por ciento. Para un poliéster típico, la deformación será 0,2% para una tensión de 1 lb /pulg en una bobina de un mil (25 micrones) (asume que el módulo de elasticidad es de 500.000 psi). Una menor tensión tendrá una menor deformación DM. Las bobinas más gruesas tendrán una menor deformación DM.

Hacer un laminado plano en la dirección de la máquina comienza con igualar la deformación DM. Si tu laminas dos bobinas de poliéster de 1 mil a una tensión de una lb/pulg, cada una tendrá 0,2% de deformación cuando se unen entre sí, y cada una querrá relajarse 0,2% cuando se elimine la tensión.

Si uno de las bobinas de un mil (milésimo de pulgada) tuviera una tensión más alta, esta tendría una mayor deformación en la unión, se relajaría más cuando se retira la tensión, y la muestra se rizaría hacia el lado de la bobina de tensión más alta, mayor deformación.

Si fueran laminadas bobinas de poliéster de 1 y 2 mils, teniendo cada una la tensión de una lb/pulg, la bobina mas delgada de un mil tendría una mayor deformación en la unión, se relajaría más cuando se retira la tensión, y la muestra se rizaría hacia el lado de 1 mil.

Si fueran laminadas dos bobinas de poliéster con 1 y 2 lb/pulg respectivamente, entonces se unirían con la misma deformación, se relajarían igual cuando se retira la tensión, y no tendrían rizado MD. Las bobinas de 1 y 2 mils también harían laminados planos MD en cualquier combinación de tensiones donde la tensión de 2 mils es dos veces la tensión de 1 mil.

Timothy J. Walker - Paper, Film & Foil Converter
Julio 09 2013

Tres tendencias que están cambiando la industria del embalaje

Quizá por primera vez en la historia del embalaje, la voluntad de desarrollar prácticas de embalaje sostenible es algo que es compartida por los consumidores y los profesionales de la industria por igual.
Mientras que la demanda de los consumidores para el envasado sostenible crece, también lo hace la capacidad de ofrecer calidad en el diseño y la marca. Aquí se muestra un grupo de embalaje de alimentos para mascotas de Precision Color Graphics Ecoterah.
No es de extrañar, entonces, que se haya hecho enormes progresos en un período relativamente corto de tiempo para hacer al embalaje eco amigable, parte integrante del proceso de fabricación.

El proceso de creación de material de embalaje de hoy se parece muy poco a lo que era habitual hace apenas cinco años atrás. ¿Cómo es tan diferente? Una mirada más de cerca a tres tendencias emergentes a partir de tres aspectos de ese proceso de producción nos da la respuesta.

Tendencia 1: La Demanda del Cliente por la Sostenibilidad.
Demanda de los clientes sin precedentes por el embalaje eco amigable está impulsando la innovación y dando paso a las soluciones con visión de futuro. Y la industria del embalaje esta elevándose a la altura. Como resultado, los clientes pueden comprar de manera responsable, eligiendo el embalaje que demuestra excelente estabilidad de almacenamiento, pero se descompone en un compost dentro de 90 días. Entre las opciones disponibles para ellos esta el embalaje que se produce a partir de productos naturales juntando tecnologías de papel y película, en vez de petroquímicos o materiales peligrosos.

Lo más notable de todo es que ya no tienen que ir al extranjero para sus necesidades de envasado. Y eso es importante, porque para estos clientes con visión de futuro, un dólar bien gastado es el que se invierte en embalaje que se hace en los Estados Unidos.

Tendencia 2: Materiales con Mejor Funcionamiento.
Responder a la demanda del cliente por embalaje eco amigable, es un proceso en curso y uno que ha proporcionado una serie de desafíos desde el ´principio, sobre todo cuando se trata de como los materiales sostenibles tales como los biopolímeros se desempeñan durante el proceso de fabricación.
Los biopolímeros de la primera etapa no se maquinaban bien debido a un mal COF (coeficiente de fricción), lo cual los hizo pegajosos y propensos a desgarres en la línea de producción.

Trabajando en estrecha colaboración con el fabricante, nosotros cultivamos la evolución de los biopolímeros que pudieran desempeñarse mejor en los hombros de formación para reducir el desgarre. También tratamos de hacer que los biopolímeros sean más suaves y sutiles al tacto con el fin de reducir rajaduras por flexión - algo que es de particular importancia en la fabricación de productos de embalaje de alimentos en los que se requiere una barrera fuerte para mantener los alimentos frescos y mejorar la vida de anaquel.

Tendencia 3: Máquinas de Mejor Funcionamiento.
En la industria de impresión y embalajes, responder a la llamada para proporcionar productos más sostenibles ha llevado a una serie de mejoras no previstas en el proceso de fabricación.
Una de estas mejoras fue descubierta durante el examen de las características del sello. El cambio de los materiales de embalaje de plástico hacia los biopolímeros, por ejemplo, significo que el empaque sellara a una temperatura inferior. Esto permitió a las máquinas correr más rápido y con temperaturas más bajas. La mejora de velocidad también significo mejorar la producción y menos desgaste en el equipo.

Como estas tendencias demuestran, se han logrado avances significativos en la producción de embalaje sostenibles. De cara al futuro, conforme más empresas se unen en el esfuerzo por reducir los costos, mientras se encuentran formas cada vez más innovadoras para satisfacer la creciente demanda de materiales de embalaje eco amigables, esta es una industria que está segura de seguir siendo competitiva a nivel mundial - y globalmente amigable - por muchos años por venir.

Dan Brulz - Flexible Packaging
Agosto 1, 2013

Misión (casi) imposible: Estimar la temperatura del fundido en la extrusion

Los procesadores de extrusión a menudo piden a los diseñadores de tornillos estimar la producción y la temperatura del fundido de un nuevo diseño en trabajo. La producción proyectada de un nuevo tornillo generalmente se puede estimar con bastante precisión. la estimación de la temperatura del fundido, sin embargo, es otra historia.

Los procesadores de extrusión a menudo piden a los diseñadores de tornillos estimar la producción y la temperatura del fundido de un nuevo diseño en trabajo. Ambas piezas de información son importantes para el éxito del nuevo diseño. La producción prevista de un nuevo tornillo generalmente se puede estimar con bastante precisión usando una cantidad limitada de información suministrada por el comprador.

La estimación de la temperatura del fundido, sin embargo, es otra historia. Es mucho más complicado de determinar y por lo general sólo se puede aproximar con base en la comparación de tornillos de similar diseño procesando el mismo polímero. El problema de estimar con precisión la temperatura del fundido no está relacionado con el tornillo, sino a la falta de información sobre la extrusora en la que se va a instalar el tornillo.

Recordemos este principio: El tornillo no es un sistema completo de procesamiento. Este interactúa con el resto de la extrusora, y a menos que se recoja una gran cantidad de datos sobre la extrusora exacta en cuestión, las estimaciones de temperatura del fundido son sólo eso - estimaciones.

La temperatura del fundido variará dependiendo de una larga lista de variables. Algunos de estos son: desgaste del cilindro; presión final de la extrusora, posición del calentador, capacidad de calefacción y refrigeración de los calentadores del cilindro, material / espesor del forro del cilindro, la posición de la termocupla, controladores de temperatura, propiedades térmicas, físicas y de partícula del polímero, la velocidad del tornillo, enfriamiento de garganta de alimentación y tornillo , precisión de la estimación de producción, la alineación, la temperatura del polímero entrante, y ambiente operativo.

El extrusor es un dispositivo térmico complejo que toma la energía del mando del motor y la convierte en calor para fundir el polímero a través de una combinación de la fricción, disipación viscosa, y calor conducido. Se requieren cantidades adicionales más pequeñas de energía para el transporte de los sólidos y el fundido. La energía entrado al sistema a través de los calentadores del cilindro es generalmente una fuente menor en comparación con la del mando del motor. La potencia se pierde a través de las partes del sistema de refrigeración, el medio ambiente, y a través de las pérdidas mecánicas en el mando y el reductor de engranajes. Esto se representa en la ilustración siguiente.

El mando del motor es la principal fuente de energía para la máquina de extrusión. La potencia se pierde a través de las partes del sistema de refrigeración, el medio ambiente y las pérdidas mecánicas en el mando y el reductor de engranajes. Contabilizar todo este movimiento de energía es casi imposible sin los datos de prueba de la extrusora en cuestión. Y sin los datos, es imposible calcular con precisión la temperatura del fundido.
Contabilizar este movimiento de energía es casi imposible sin los datos de prueba de la extrusora en cuestión. Y es imposible calcular con precisión la temperatura del fundido sin estos datos.

Mas aun, la temperatura de salida y del fundido varían con las fluctuaciones en el polímero y la presión al final del extrusor cabeza. Siempre hay al menos algún error introducido en el cálculo de la producción debido a las variaciones en el polímero, las cuales afectan a la presión final y la temperatura del fundido. Los polímeros pueden variar considerablemente entre los proveedores, incluso con la misma especificación general. La presión final se convierte en una variable que es un "catch 22" (Una situación en la cual una salida o situación deseada es imposible de obtener debido a una serie de reglas o condiciones inherentemente ilógicas). Incluso si tu has registrado los datos de la presión final a una producción específica de una corrida anterior, no cuentes con que sea la misma otra vez. La presión final variará con cualquier diferencia en la temperatura del fundido.

La geometría de los pelets o el uso de material molido variará la tasa de producción, lo que afecta la temperatura del fundido. Además, el molido puede tener cambios sustanciales en la reología comparado con la resina virgen. Por lo tanto, incluso para estimar una temperatura de fundido precisa se requiere datos sobre el polímero específico siendo extruído, incluyendo cualquier material molido. Sólo calculando donde se inicia la fusión en un extrusor particular, es difícil sin datos sustanciales de prueba. Naturalmente, que la información es necesaria para siquiera comenzar un cálculo de la temperatura final del fundido.

Los diseñadores pueden utilizar herramientas para realizar cálculos más precisos de temperatura del fundido. Solo tener en cuenta que un análisis de este tipo puede costar más que el tornillo. Es mejor suministrar a los diseñadores de tornillo con el diseño del tornillo actual y las condiciones completas de operación de manera que ellos puedan hacer estimados más precisos. Al modelar el desempeño del tornillo actual, un diseñador experimentado puede factorizar muchas de las variables sin recoger todos los datos.

Jim Frankland
Plastics Technology - Agosto 2012

Entendiendo la rotura de los tornillos

Tu podrías pensar que estás aplicando un exceso de torque sobre el tornillo, pero más a menudo que no, la razón es la flexión.

Los tornillos de extrusión, incluso aquellos con diámetros menores de 50 mm (2 pulg), muy rara vez se rompen. Pero cuando lo hacen, cuáles son las causas? Tu primera aproximación podría ser que el tornillo se ha visto comprometido debido a un exceso de torque, pero en realidad la flexión causa más roturas que el exceso de torque.

Las fallas por exceso de torque casi siempre ocurren en la sección de alimentación, lo cual tiene sentido, ya que es la sección de tornillo más susceptibles al torque. Las fallas de torque tienen características que son fáciles de identificar. Siempre se inician a partir de la parte más externa del tornillo - la superficie de la aleta - y la grieta hacia el centro. Como resultado, tu verás grietas radiales en la superficie de la aleta alrededor de la ruptura. Además, el tornillo "terminará" como un resorte, y el paso de la aleta alrededor de la ruptura se reducirá de forma permanente (ver ilustración). 

Las fallas de torque siempre se inician desde la porción más externa del tornillo - o la superficie de la aleta -  y una grieta hacia el centro. Como resultado de ello hay grietas radiales en la superficie de la aleta alrededor de la ruptura. Además el tornillo "termina" como un resorte durante una falla de torque, y el paso de la aleta alrededor de la ruptura se reduce de forma permanente.

A medida que el tornillo se termina y las grietas también crecen en diámetro, se hace muy difícil sacarlo del cilindro.
No hay cálculo exacto para la resistencia a la torsión del tornillo  debido a la forma compleja o indeterminada de la zona de la sección transversal. Pero se puede estimar asumiendo que sólo el diámetro de la raíz lleva la carga de torque, aun cuando la aleta se suma a la resistencia a la torsión del tornillo.

He encontrado que un diseño seguro se puede calcular utilizando fórmulas simples de torque y suponiendo un esfuerzo cortante máximo permisible de 50,000 psi. Eso es un poco más de la mitad del límite elástico del acero 4140 con tratamiento térmico, del cual la gran mayoría de los tornillos de alimentación se hacen en EUA.

La fórmula es: 
Ss = 16T/πD³ 
donde:
  T = (HP x 63025) / max  rpm tornillo= pulg-lb
  D = Diámetro de la raíz de la sección de alimentación = pulg
  Ss = esfuerzo cortante (<50.000) = lb / pulg. ²
Esta fórmula se aplica a un tornillo sin orificio de refrigeración. Si se utiliza un orificio de refrigeración  la siguiente fórmula funciona:

Ss = 16 TD / π (D4-d4) (d = diámetro del orificio).

El orificio de refrigeración tiene casi ningún efecto sobre la resistencia a la torsión debido a que el esfuerzo es máximo en la superficie exterior y cero en el centro o eje neutral donde se encuentra el orificio de refrigeración.

La flexión del tornillo o fallas de fatiga por lo general no muestran grietas radiales. Estas fallas generalmente se manifiestan por una sola grieta que va directamente a través del tornillo. Además, estas fallas no resultan en el efecto de "terminación" o una reducción del paso.

El doblado se produce ya sea de las fuerzas laterales que ejerce el polímero en el tornillo durante el fundido, o de un desalineamiento del cilindro. El doblado por cualquier mecanismo se denomina "doblado o flexión en reversa." Piense en la falla rápida que se produce cuando se rompe un alambre entre los dedos mediante la flexión hacia adelante y atrás.

A fin de que las presiones internas del cilindro causen una rotura del tornillo, el tornillo / cilindro primero deben desgastarse lo suficiente para proporcionar el espacio libre necesario para que se produzca la flexión . Esto puede tomar mucho tiempo, pero una vez que está presente la suficiente holgura, la rotura sigue rápidamente. He cubierto este tipo de desgaste localizado, llamado cuña, en las columnas anteriores (ver enlaces a estos artículos al final de esta página).

El tornillo también está bajo carga de torsión desde el mando del motor, sumándose al esfuerzo total, ya que tanto los esfuerzos de flexión y de torsión están en su máximo en la superficie exterior del tornillo. Con la combinación del esfuerzo de flexión reversible y el esfuerzo de torsión, la falla ocurrirá en muy pocos ciclos después de que se alcanza la tensión crítica en la superficie. Esto es típicamente a aproximadamente 40% de la resistencia normal de tracción, significando que la flexión en reversa reduce la resistencia a casi la mitad de la especificación del acero.

Las fallas de flexión debido al alineamiento del cilindro son similares, pero pueden ocurrir antes, porque no es necesario esperar a que el tornillo y el barril se desgasten. Curiosamente, los fallos de flexión por lo general ocurren en las secciones más fuertes del tornillo, porque allí es donde se necesita la máxima fuerza para doblarlo, con el mayor esfuerzo resultante en la superficie de la aleta. Cuando un tornillo se rompe en una de sus secciones más gruesas o más fuertes, es muy poco probable que fuera solo por una situación de exceso de torque.

Jim Frankland, Presidente de Frankland Plastics Consulting, LLC
Tecnología Plásticos - Agosto 2013

Referencias
‘Wedging’ Can Cause Severe Screw Wear
http://www.ptonline.com/columns/wedging-can-cause-severe-screw-wear
Dead Screw Talking
http://www.ptonline.com/columns/dead-screw-talking
The Cause of Catastrophic Screw Wear