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Abril de 2005

Aditivos para extrusión de polímeros que solucionan piel de tiburón

Carlos Serrano

Descripción de las causas del defecto conocido como piel de tiburón, y alternativas para evitarlo.

Esta clase de aditivos está orientada hacia la optimización del proceso de extrusión, y en particular, a la solución de una serie de problemas relacionados con algunas propiedades reológicas de los polímeros: la fractura en fundido, la formación de depósitos a la salida del dado, formación de geles en el dado, y la generación de presión y temperatura en la masa fundida en el dado.

La fractura en fundido es una distorsión del acabado del producto extruido, ya sea que se trate de una película, un perfil o un filamento. Hay varios tipos de defectos del acabado del producto extruido que caen bajo esta categoría, pero de manera más general se pueden sub-clasificar entre defectos creados en la superficie y defectos que afectan la masa del extruido (1). Los primeros reciben el nombre de acabado de "piel de tiburón", y los segundos se nombran dependiendo de la apariencia del defecto provocada por la fractura: acabado de bambú, espiral, frenado/acelerado, etc. En el presente análisis dedicaremos atención a la solución de problemas relacionados con la formación de piel de tiburón en el material fundido a la salida del dado. Los otros problemas serán tratados en las subsecuentes columnas de análisis.

La piel de tiburón es un defecto superficial que se presenta con frecuencia en la fabricación de películas con LDPE y HDPE (2). Este defecto limita la velocidad de producción de las películas y la superficie toma una apariencia rugosa, similar a la de las branquias de los tiburones, como se observa en la figura 1.

La superficie del producto adquiere un acabado rugoso, con una consecuente pérdida en el brillo y otras propiedades superficiales. Como se entenderá más adelante, la causa de este problema está en el exceso de velocidad lineal del producto a la salida del dado o en una temperatura muy baja del material fundido. Los procesos de producción más afectados por este defecto son el soplado de película, la producción de película cast, el moldeado por extrusión soplado, la extrusión de perfiles y el recubrimiento de cables.

Una representación típica de la sección de un dado de extrusión se presenta en la  figura 2.

La piel de tiburón se puede acrecentar si el producto sufre un proceso de halado, como ocurre por ejemplo en la producción de película soplada. También se puede esperar una mayor tendencia al defecto si la viscosidad del material es alta. La viscosidad puede entonces disminuirse aumentando la temperatura de la resina en el dado.

Otra solución que se aconseja aplicar en estos casos es el empleo de aditivos de ayuda de proceso. Mediante la adición de pequeñas cantidades de aditivos como fluoropolímeros, en el orden de 500 ppm, se crea una capa afín con el metal del dado, que hace las veces de lubricante. Los aditivos se agregan a la masa de la resina y debido a que no son compatibles con la misma, y la vez muestran afinidad con los metales, migran hacia superficie metálica del equipo, formando el recubrimiento lubricante. Tan pronto se forma el recubrimiento sobre el equipo la resina se desliza libremente sobre las superficies metálicas del dado, haciendo que la velocidad en estos puntos se incremente. Por esta razón el perfil de velocidad de la resina dentro del dado se hace más plano, como se ilustra en la  figura 3.

La variación de velocidad en las moléculas ubicadas en la superficie del producto disminuye, puesto que en este caso la velocidad en la pared del dado es superior a cero. Al ser menores los esfuerzos, el defecto de piel de tiburón desaparece. De acuerdo con un fabricante de los aditivos fluoropolímeros (2), en la superficie del producto no quedan residuos del producto que puedan afectar su capacidad de sellabilidad, y puede recibir tratamiento corona para efectuar procesos de conversión subsecuentes.

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