¿Cómo aumentar su productividad en extrusión de lámina y película?

Los últimos lanzamientos de tecnología para la industria de extrusión de lámina y película apuntan a incrementar la productividad de las líneas y a generar productos de mejor calidad. Los desarrollos en dados y tornillos eliminan desperdicio e incrementan la variedad de resinas que pueden ser procesadas; los feedblocks buscan flexibilidad, logrando más capas de coextrusión con menos equipos. Las líneas de pulimento operan sobre rangos más amplios de espesores y permiten mayor libertad en el control de la presión de contacto, y los sensores tienen mayor capacidad de barrido.

Desarrollos en tornillos para extrusión 
Un nuevo diseño de tornillo de barrera ofrece un aumento del 22% en productividad, empleando temperaturas de resina fundida menores que las que se utilizan en otros tornillos de barrera de desempeño equivalente, afirma Xaloy Inc., de Pulaski, Virginia. El tornillo se denomina Xaloy Fusion y se diferencia por contar con un perfil ondulante en la raíz del canal que contiene la resina fundida, en la zona de dosificación. De acuerdo con su constructor, tales ondulaciones crean un mezclado que denomina caótico y que ayuda a homogenizar el material fundido sin incrementar el promedio de la temperatura. Este tornillo fue creado originalmente por New Castle, de New Castle, Pasadena, para comercialización en equipos de extrusión, soplado y moldeo por inyección. New Castle fue adquirida por Xaloy en agosto de 2003.

Robert Dray, presidente de R. Dray Manufacturing, en la segunda mitad de los años 80 obtuvo una de sus primeras patentes para tornillos de barrera con el concepto de la instalación de una especie de represa o restrictor en el canal principal de extrusión. El objeto del restrictor es el de modificar la presión del flujo de resina en dicho canal. Muy recientemente, R. Dray Manufacturing lanzó al mercado una mejora de esta serie de patentes ofreciendo un diseño en el cual se puede modificar la altura de dicha represa. Este mejoramiento en el diseño del restrictor permite operar con resinas de viscosidad tan variada como el LDPE y el nylon, obteniendo a la vez un máximo de productividad, como afirma su diseñador y constructor. Al modificarse la altura del restrictor se puede optimizar la presión aplicada al material que todavía no se ha fundido, compactando así la cama de sólidos y forzándola a tener una mayor fricción contra el barril. De esta manera se acelera la velocidad de fundición de esta cama. Sin embargo, debe evitarse la sobre compactación para no incrementar la viscosidad demasiado y hacer que el material simplemente gire en un punto del tornillo. Esto causaría una disminución en la velocidad de fundición y sería la causa de bombeo del material en el tornillo. Al rebajarse la altura del restrictor se logra disminuir la presión interna, lo cual se traduce en un aumento de productividad y una reducción de la temperatura del material fundido.

Feedblocks para las líneas de cast y de lámina 
La tecnología de extrusión de láminas y películas cast ha mejorado significativamente en los últimos meses. Macro vendió recientemente a un cliente de la China una línea novedosa de película cast de siete capas. Esta línea cuenta con nueve extrusores, siete de ellos con diámetros entre 2 y 3,5 pulgadas y dos extrusores de 1,75 pulgadas de diámetro. Estas dos últimas unidades se emplean para encapsular los bordes de la lámina, lo cual es necesario puesto que la línea trabajará con PVDC como material de barrera. Una estructura típica que podrá fabricar esta nueva máquina consiste de PP-PE-adhesivo-EVA-PVDC-EVA-adhesivo-PE-PE. El constructor afirma que existe la posibilidad de hacer películas hasta de 11 capas si el flujo de una de las capas de adhesivo se destina a encapsular el PVDC y proteger la máquina contra la corrosión que origina esta resina. Tal versatilidad es posible gracias al empleo de un sistema de dado y feedblock de Cloeren.

Cloeren, de Orange, Texas, ofrece de tiempo atrás varias opciones de diseño de feedblocks que se caracterizan por tener una alta flexibilidad en lo que respecta a la distribución de los flujos para películas y láminas multicapa. El modelo VG Vane es ahora un sistema estándar en las industrias de coextrusión con barrera. Permite ajustar las venas de flujo para regular los flujos en los canales individuales, teniendo en cuenta los volúmenes deseados y la viscosidad de las resinas. Los Distribution Pins, localizados en los puntos de convergencia del canal de flujo, permiten realizar un ajuste fino para lograr uniformidad en los espesores transversales de cada capa. Este feedblock puede ser estructurado para correr entre dos y once capas y modificar la secuencia de las mismas mediante el cambio del Selector Plug. El Selector Plug es un cartucho intercambiable que se localiza debajo de la sección de combinación del  feedblock. La secuencia de las capas de la coextrusión puede modificarse cambiando el cartucho. Esta tarea puede realizarse en menos de 30 minutos, de acuerdo con información suministrada por Cloeren. Otra opción consiste en usar el denominado TopHat, que como el cartucho Selector Plug, proporciona un método fácil para alterar la estructura de la secuencia de capas en una coextrusión, afirma Cloeren. Este sistema se recomienda para  feedblocks ubicados verticalmente, como ocurre en la producción de películas cast. Como antes, la idea es no tener que cambiar feedblock o realizar cambios engorrosos en el mismo para lograr las modificaciones de los flujos. TopHat se recomienda para los casos en que se tiene un gran número de capas involucradas en el cambio y para resinas de baja viscosidad.

Otro avance en materia de láminas de multicapas viene de Welex, quien ofrece su nueva tecnología de feedblock de doble barrera para la fabricación de láminas hasta de nueve capas con apenas cinco extrusores. Las capas son divididas en el feedblock para crear una lámina consistente de capa estructural-adhesivo-barrera-adhesivo-recuperado-adhesivo-barrera-adhesivo-capa estructural. Cambiando el feedblock, esta misma línea puede fabricar estructura convencional de siete capas con barrera: capa estructural-recuperado-adhesivo-barrera-adhesivo-recuperado-capa estructural.

Pulimiento de láminas y películas cast
Los nuevos desarrollos de sistemas de pulimiento para líneas de extrusión de lámina y de películas cast tienen en cuenta los estándares de seguridad establecidos por ANSI, sobre todo en lo que hace referencia a la abertura rápida de los rodillos en caso de emergencia. También se ha puesto atención a la capacidad de enfriamiento de los mismos, con el objeto de aumentar la productividad de estas secciones del proceso de extrusión. Los nuevos rodillos son más grandes y más fáciles de limpiar.

SML Maschinengesellschaft GmbH de Austria recientemente lanzó al mercado su sistema Sleeve-Touch, el cual cuenta con una banda pulidora continua. Entre sus clientes ya se cuentan dos transformadores de Francia y otro de Austria. El proceso de pulimiento Sleeve-Touch toma la cortina de resina fundida del dado plano y la pule simultáneamente por ambos lados. Para ello, la banda entra en contacto con la cortina al igual que el rodillo pulidor sobre el cual se apoya. Este sistema ha demostrado dar buenos resultados en la extrusión de polipropileno en el rango de espesores entre lo que se considera es una película y lo que es una lámina. Es decir, cubre un rango de espesores no ocupado por las líneas de cast ni por las de extrusión de lámina. La banda genera películas de bajo esfuerzo residual y de alta transparencia y acabado. Ente las aplicaciones previstas están las coextrusiones de barrera con nylon, EVOH, copolímeros de cicloolefinas, entre otras resinas. Otra aplicación importante son las películas lenticulares de una capa.

Battenfeld Extrusionstechnik de Bad Oeynhausen, Alemania, ofrece un nuevo sistema de rodillos de pulimiento para extrusión que ha calificado como "multifuncional", debido a que permite alterar los tiempos de contacto con la lámina y la presión que se aplica sobre ella. Está diseñado para pulir láminas de termoformación fabricadas en PMMA y PC, particularmente para aplicaciones ópticas. Los rodillos de enfriamiento y pulimiento están fijos con una inclinación de 45°. El rodillo superior puede moverse para optimizar el tiempo de residencia. El rodillo inferior de enfriamiento cuenta con dos cilindros hidráulicos que pueden aplicar presiones hasta de 8.800 libras en cada extremo. Este rodillo tiene un ancho de 900mm. El sistema de pulimiento tiene además dos rodillos extras de pos enfriamiento que sirven para aumentar la productividad de la línea.

Los rodamientos lineales han sido mejorados hasta el punto en el cual Welex Inc., de Pensilvania, ya los está usando para reemplazar los brazos giratorios que soportaban los rodillos del sistema de halado de las líneas de extrusión. Estos rodamientos son más precisos, ocupan menor espacio y pueden ser instalados con rodillos de una amplia variedad de diámetros dentro de un mismo tamaño de marco. Los rodillos se pueden cerrar por medios neumáticos o hidráulicos hasta con una presión de 1.000 lb/pulgada, y tienen también la capacidad de "flotar" si el punto de ajuste se topa con abultamientos mayores que la abertura previamente determinada entre ellos.

Processing Technologies Inc., de Illinois, anunció el lanzamiento de lo que ellos consideran que es el primer sistema de control por video del punto de pulimento en la unidad de rodillos de una línea de extrusión. Este sistema facilita, de acuerdo con su fabricante, el acceso cuando la configuración de la máquina ofrece complejidades como por un ejemplo, un tamaño grande comparado con la estatura de los operarios. La primera instalación del sistema se realizó en una línea de 6.000 lb/hr de capacidad, en donde los rodillos de pulimento tienen 36 pulgadas de ancho y el punto de pulimento se encuentra a casi dos metros de altura sobre el nivel del piso. El sistema cuenta con dos cámaras digitales que envían la señal al tablero de control; de esta manera, y en tiempo real, los operarios pueden hacer ajustes de temperatura, velocidad del extrusor y abertura del punto del pulimento de una manera fácil y segura.

Berstorff GmbH, con oficinas de representación en Kentucky, adquirió a la compañía Seide Engineering de Alemania y por lo tanto, se apropió de su tecnología de punta en materia de sistemas de enfriamiento de láminas extruidas. Anteriormente, esta tecnología estaba disponible en los Estados Unidos a través de la empresa hermana de Berstorff, Krauss-Maffei, la cual se incorporaba en las líneas de extrusión K-M. Desde marzo del año pasado, esta tecnología está disponible en las Américas de manera separada. Seide ha sido reconocida en el mercado por su especialidad en el diseño y construcción de sistemas planetarios de rodillos pulidores, cuya posición se puede ajustar para controlar el tiempo de residencia de la lámina en cada rodillo. Los materiales que pueden ser tratados con estos sistemas son el poliestireno, polipropileno, polietilenos y grados ópticos de PMMA y PETG. Por otro lado, Siede cuenta con sistemas para procesar láminas de alto calibre, hasta 60 mm, en poliolefinas; superando la capacidad que ofrecía Berstorff, de hasta 10 mm.

Control de espesores
Se han presentado innovaciones en el control del espesor de láminas y películas. Kundig International, de Massachussets, había lanzado al mercado hace tres años su medidor de espesores de película Rotomat 550, que opera con un sistema de capacitores y que transmite la señal por radio frecuencia, evitando así el empleo de cables para el envío de los datos. Por esta misma razón, el sensor puede rotar en toda la circunferencia de la burbuja en lugar de oscilar en arcos de 180°. El método de transmisión por radio frecuencia fue desarrollado originalmente para ser instalado en una máquina que tenía un diámetro de burbuja de 5,5 metros. Desde entonces, el sistema Rotomat 550 ha sido implementado en otras líneas más pequeñas, de 0,15 a 2,5 metros de diámetro. En otro desarrollo de Kundig, el sensor sin contacto modelo KNC-200, se acerca o se aleja de la película a medida que ésta vibra sobre un colchón de aire que tiene un rango de 0,005 pulgadas de espesor. Kundig, por otro lado, también ofrece sus nuevos sensores de contacto Rotomat 147 y Rotomat 148, éste último con la propiedad de no adherirse a la película. Los dispositivos ajustan su posición sobre la película empleando un sistema ultrasónico de posicionamiento.

En un lanzamiento comercial reciente, Equitech International, de Carolina del Sur, afirma estar entregando al mercado el primer sistema de medición de calibres y del color de películas que opera con un sensor de fibra óptica. El sensor Equispec puede verificar y controlar tanto el espesor como el color de las películas sin entrar en contacto con ellas. El sensor cuenta con siete fibras ópticas de iluminación colocadas con un espaciamiento uniforme alrededor del sensor, formando ángulos de 45° con respecto a la superficie de la película. Por otro lado, otras ocho fibras ópticas ubicadas con un ángulo de 90° con respecto a la superficie de la película toman las señales de luz emitidas por las siete fibras antes descritas. El sistema integrado de control fue desarrollado por Facts Inc., de Ohio, y se denomina Facts Color Analyzer. Éste despliega los valores de color en varias unidades y puede también usar una cámara CCD Holográfica para determinar el espesor de las películas. El sistema puede analizar hasta cinco capas de diferentes colores, siempre y cuando ninguna de las capas bloquee el paso de la luz.

NDC Infrared, de California, afirma ser la primera compañía en lanzar al mercado su sistema de análisis de barrido, MiniTrak, para estudiar el perfil de espesores a través del ancho de las láminas extruidas, y acomodándose prácticamente a cualquier tipo de cabezal de medición. El marco de soporte transversal tiene una sección de 8x8 pulgadas arreglado en forma de U, el cual puede contener todos los componentes mecánicos y eléctricos requeridos por los sensores, y a la vez permitir un fácil acceso a ellos para efectos de revisión y mantenimiento. Esto se logra porque en los extremos se tienen una tapas removibles. El sistema puede portar sensores de análisis de barrido tipo O ó C con rayos beta, rayos X o con sistemas de transmisión, sensores de barrido de un solo lado para medir reflectancia infrarroja, y medidores de rayos gama. El marco MiniTrak puede tener un largo hasta de 240 pulgadas cuando se montan sensores de lectura de un solo lado. Para un marco tipo O ó C, puede tener un largo de hasta 86 pulgadas. La ventaja del concepto de MiniTrak está en que todos los tipos de sensores pueden operar con los componentes ubicados en el marco; anteriormente era necesario contar un marco de soporte para cada tipo de sensor.

EGS Gauging, antes Eurotherm Gauging Systems, de Massachussets, ofrece ahora un medidor de espesores empleando una tecnología avanzada de rayos beta de alto desempeño, pero presentado en un formato de menor costo, ya que se hizo un trabajo de preingeniería, según afirma su fabricante. El sistema, denominado Solution 21, tiene un sensor de rayos beta, uno o dos marcos de soporte para analizadores de barrido y una pantalla que despliega gráficos de los perfiles y tendencias de los mismos. Este sistema se parece mucho a los modelos de mayor desempeño que fabrica la compañía; por ejemplo, al modelo System 21, pero cuenta con menos opciones y una pantalla de despliegue también más simple. Solution 21 está limitado a operar con sensores nucleares y puede contar con uno o dos marcos. El sistema puede controlar la velocidad en la dirección de la máquina y de manera opcional, hasta 128 tuercas de ajuste en un dado de formación. Solution 21 cuesta un 30% menos que el modelo System 21, y puede ser empleado en líneas recubrimiento, de fabricación de lámina o de calandreado, como las empleadas en la fabricación de láminas de PVC.

ElektroPhysik, una empresa de instrumentos electrónicos de Alemania, y que cuenta con oficinas de representación en Illinois, desarrollo hace dos años un medidor de espesores que opera con el principio de ondas electromagnéticas. El modelo CTM-S dirige a la película dentro de un sensor de contacto liviano. Un rodillo de acero especial sirve como medio de contrapresión al sensor. El espesor de la lámina es el espacio formado entre el sensor y éste rodillo. Este sistema es novedoso y aplicable a mediciones en la dirección de la máquina. La medición del espesor no se ve afectada por el color, densidad y temperatura de la película; y tampoco por la humedad del medio ambiente o la vibración de la línea.

Para la medición de la temperatura de películas muy delgadas, Land Instruments International de Pasadena, ofrece el equipo LSP7 para análisis por barrido de la temperatura superficial. Este instrumento opera con un analizador de rayos infrarrojos empleando un rayo láser, y puede hacer mediciones exactas en las películas más delgadas, de acuerdo con su fabricante. El rango de medición se encuentra entre 120 y 660°F, con una tolerancia de +/- 4°F. El modelo LSP7 puede verificar el espesor de películas hasta de 10 milésimas de pulgada de grosor realizando 100 barridos por segundo. Cada barrido se compone de 1.000 puntos de datos, para un total de 100.000 lecturas de temperatura por segundo. En este sentido, de acuerdo con Land Instruments, el equipo supera en ocho veces la capacidad de los equipos de la competencia. Ocupa un área de 4 x 8 pulgadas, y cuenta con una ventana de zafiro que resiste ralladuras en el punto de trabajo.

Dados de extrusión
Breyer GmbH de Alemania ofrece un nuevo dado para la extrusión de lámina en donde la abertura de los labios puede ajustarse para espesores más grandes. Esto se logra contando con un labio flexible en la parte superior y otro de posición ajustable en la parte inferior. Sin embargo, Breyer adicionó una tercera posibilidad de ajuste para el labio inferior. Este labio puede ser doblado mecánicamente hacia arriba o hacia abajo, una distancia de 2mm en cada dirección. Una palanca en el interior del labio permite hacer este último ajuste de manera manual por parte del operador, mientras la máquina está produciendo.

Cloeren Inc., está ofreciendo desde hace pocos meses dados con un recubrimiento especial que da una mayor resistencia al desgaste. Se trata del recubrimiento que en Cloeren se ha denominado Gemni y que contiene partículas de diamante de un tamaño que se ubica en el nivel de los nanómetros. El recubrimiento en sí alcanza un espesor de 1 milímetro. Surface Technology le otorgó a Cloeren los derechos exclusivos para aplicar su tecnología Nano-Plate 250 en la fabricación de sus dados de extrusión para películas y láminas de polímeros. Nano-Plate 250 es un proceso patentado que aplica una composición también patentada de partículas de diamante ultra finas en una matriz de níquel no electrolítico. El recubrimiento proporciona una dureza alta, excepcional resistencia al desgaste, excelente resistencia a la corrosión, una transferencia térmica mejorada, puede ser aplicado sobre todo tipo de metales y aleaciones; y puede ser conformado en todo tipo de formas y tamaños. El recubrimiento puede ser usado para cubrir una superficie completa o parte de ella.

Cloeren ofrece muchos diseños de dados, incluyendo los tipo "gancho de ropa" derechos y parabólicos. Desde el punto de vista de la reología de la resina fundida, Cloeren ofrece la opción de diseños de dados que operan con un esfuerzo cortante constante. El diseño denominado Epoch corresponde a un dado con un distribuidor interno de dos secciones que inicialmente fue desarrollado para aplicaciones de coextrusión y que ha demostrado tener un desempeño excelente para conformar capas individuales de una gran uniformidad, de acuerdo con su constructor. Para el diseño de este tipo de dados Cloeren emplea un programa computarizado que fija la cantidad de flujo volumétrico óptimo a través del ancho del dado, teniendo en cuenta la dinámica de las resinas asociadas con los parámetros térmicos y mecánicos.

La industria ha visto el arribo reciente de dados auto ajustables con un mayor rango de alcance, que ahora permiten tener un control automático de espesores en películas de mayor calibre. Extrusion Dies Industries, EDI, lanzó recientemente al mercado un nuevo concepto de dado para el control automático del espesor en láminas de calibres más grandes y que puede operar con mayor rapidez. Se trata del modelo Autoflex VI L (L por el inglés de la palabra palanca). Los dados automáticos estándar de EDI operan con un medio térmico para accionar el labio de los dados, en donde uno de los labios es flexible, y cuentan con bloques de ajuste colocados a lo ancho de estos dados. En cada bloque de ajuste hay un cartucho térmico que responde a la señal dada por el medidor de espesores ubicado corriente abajo del dado. Cuando se encuentra una diferencia por exceso o defecto en el espesor, la señal activa el calentamiento o enfriamiento del bloque. Al calentarse el bloque se expande térmicamente cerrando el labio y disminuyendo en calibre en el punto deseado. Por el contrario, al enfriarse el bloque, éste se contrae abriendo el labio flexible en el punto deseado. En cambio, en el nuevo dado Autoflex VI L se magnifica el efecto térmico con la ayuda del bloque de expansión térmica que empuja una palanca que mueve al labio flexible al doble de velocidad. El nuevo diseño está orientado hacia la fabricación de las películas de mayor espesor, como las que se transforman en BOPP, BOPET y BOPA, y láminas para termoformación de hasta 3,8 mm. El sistema Autoflex VI L opera de manera computarizada y debido a las características ya explicadas, su fabricante afirma que los tiempos de arreglo y arranque en la producción de película se acortan, disminuyendo proporcionalmente la cantidad de desperdicio; esto es especialmente cierto en las líneas de producción de película biorientada, donde pequeñas variaciones de calibre pueden llevar a convertir el producto en desperdicio debido a que estas variaciones son consideradas como defectos inaceptables durante el proceso de estiramiento de la película.

EDI ha lanzado un nuevo producto que, cuando se usa en el mismo dado con el sistema Autoflex VI-R o VI-L, llega a triplicar el rango de variación de espesor que es posible alcanzar. Se trata del dispositivo FastGap, que emplea un mecanismo de ajuste en un solo punto, y elimina así la necesidad de reajustar los pernos del dado flexible o de cambiar el labio inferior cada vez que se cambia de producto. El sistema se opera ajustando un solo perno en el extremo del dado, con una herramienta especial suministrada por EDI.

Además de lo anterior, la empresa ha logrado superar las necesidades de mantenimiento, lubricación y limpieza del sistema FastGap con su nuevo sistema Toggle FastGap, donde el mecanismo antiguo para modificar el ancho del dado se ha reemplazado con uno nuevo, que consta de un arreglo de rodilleras.

Según afirma John Ulcej, vicepresidente de ingeniería y tecnología en EDI, en un dado equipado con el sistema FastGap en el labio de abajo y el sistema Autoflex en el de arriba, es posible alcanzar un rango de 7,6 mm de variación en el espesor del extruido.

Una nueva clase de dados planos de extrusión permite la producción de películas, láminas y recubrimientos con una mayor productividad y calidad, puesto que hace posible producir productos con espesores más uniformes sin sacrificar la fluidez del material en el dado. EDI ha denominado este producto Contour Die, por su forma cónica esculpida en lugar de la configuración estándar de bloque. El nuevo diseño exhibe una deflexión del cuerpo del dado que es uniforme a través de su ancho, evitando al mismo tiempo que la resina pierda su líneas suavizadas de flujo. Estas líneas eran sacrificadas en los diseños antiguos, según explica Ulcej. Con el nuevo sistema es posible operar con una mayor presión dentro de un dado que se reflecta uniformemente hacia lo ancho. Anteriormente, bajo estas mismas circunstancias, los dados se reflectaban más hacia el centro haciendo más difícil mantener uniforme el espesor de la película en todo el ancho del dado. El Contour Die pesa un 15% menos que los dados convencionales y el volumen interno es también menor, lo cual facilita la purga en el cambio de órdenes de producción. Otros beneficios citados por Ulcej son: el espesor deseado se alcanza más rápidamente en un arranque de producción, los niveles de degradación de las resinas son menores y se pueden procesar materiales sensibles al calor como el PVC y el nivel de desperdicios se reduce debido a la eliminación de los puntos muertos o de acumulación de la resina dentro del dado.

Nueva línea de extrusión
En materia de líneas de extrusión llama la atención la nueva oferta de Davis-Standard Film & Coating, que desarrolló recientemente su línea "Cast Iron" para la fabricación de películas de manera versátil y con productividades que van entre 250 y 300 kg/hr. La nueva línea puede configurarse para producir monocapas o multicapas coextruidas. Los rollos de producto se pueden embobinar con un diámetro de 1,6 m. Las aplicaciones incluyen películas cast para pañales, producto higiénicos y películas estirables. Las películas pueden embozadas en la línea. La unidad de extrusión está disponible en diámetros de 65, 90 y 100 mm, y tiene dos modelos: MAC y Mark V. Todos los sistemas de control y de mando de manejo están localizados junto al extrusor principal. La línea se puede configurar con una variedad de feedblocks y dados de extrusión. El embobinador puede ser uno de los modelos de Davis-Standard, como el PAC 50, Horizon o el TEC-2. La velocidad lineal puede llegar a 185 m/min. Para fabricar películas cast, la línea cuenta con una caja doble de vacío con opciones como una cuchilla de aire, caja de aire o fijadores de bordes electrostáticos. La unidad de pulimento tiene un medidor de espesores. Un rodillo enfriado de respaldo permite producir películas embozadas con acabado mate. Para facilitar la instalación del equipo, el sistema de enfriamiento se despacha premontado.