Novedades para extrusión de tubos y perfiles

Los equipos y materias primas para producción de tubos y perfiles, destinados a aplicaciones en la construcción, en la industria automotriz y en el sector médico, han recibido interesantes innovaciones en el último año. Destaca la tendencia a fabricar tubos y perfiles multicapa, así como el incremento en la versatilidad de los equipos de procesamiento primario. Así mismo hay novedades en materiales que permiten ingresar a mercados de alto valor agregado, y se presenta un asombroso ejemplo de automatización para perfiles en la industria automotriz.

Crece la oferta para tubos multicapa

Debido a que la demanda de tubería compleja con varias capas funcionales sigue creciendo, la empresa KraussMaffei Berstorff ha desarrollado un sistema inteligente de cabezal para extrusión de tubería que comprende desde dos hasta siete distribuidores radiales con diferentes configuraciones de flujo posibles. El presidente del segmento para técnicas de extrusión de la compañía, Peter Roos, afirma que con este diseño se asegura el cumplimiento de tolerancias en el espesor de las capas muy estrechas. Esto tiene un efecto importante sobre todo en las capas delgadas de alto valor que sirven como barrera, en las que se puede ahorrar material. El diseño modular del cabezal permite cambiar rápidamente el producto a extruir, por ejemplo pasando de siete a cinco o a tres capas. El diseño optimizado de los canales de flujo ahorra tiempo de purga a los productores, asegura la compañía.

Battenfeld-Cincinatti desarrolló dos modelos nuevos de cabezal para tubo para el procesamiento de PVC, la Spider 200-3 (para diámetros de tubería entre 32 y 200 mm) y la Spider 400-3 (para diámetros de tubos de 110 mm a 400 mm), con capacidades de producción de 350 a 1.200 kg/h. Estas herramientas ofrecen una distribución de espesor excelente con tolerancias estrechas, reporta la empresa, y permiten ser adaptadas para para aplicaciones de dos capas.

Otro cabezal desarrollado por la empresa, llamado Helix 63-5 VSI, está diseñado para fabricar tubos de PE de cinco capas entre las cuales se tiene una de barrera de EVOH. Los tubos se pueden extruir en diámetros de hasta 63 mm. Esta herramienta se caracteriza por un tiempo muy corto de permanencia del EVOH en el cabezal, además de una distribución óptima de capas delgadas con tolerancias extremadamente estrechas.

La construcción modular del cabezal de extrusión permite su modificación a una herramienta de tres capas, facilitando así su desarme para limpieza. Battenfeld-Cincinnati presentó además un cabezal de cuatro capas con el sistema EAC (“efficient air cooling”, enfriamiento eficiente por aire) de refrigeración interna del tubo, en combinación con un sistema de “enfriamiento activo del fundido”. El Helix 630-4 VSI-T+ es capaz de reducir la longitud total de la línea de extrusión logrando que haya una mayor productividad, reduciendo la flexión de la tubería, haciendo que se puedan producir tubos de mayor espesor de pared de forma económica.

Perfiles: un mercado en expansión

Una industria como la de la extrusión de perfiles para ventanas, con un reconocido mercado en la región europea y un interés creciente en Latinoamérica, cada vez nota más la necesidad de transformar su proceso hacia un concepto sostenible en el que cada vez más materiales reciclados de bajo precio o con gran porcentaje de relleno deben ser usados para producir perfiles de alta calidad. KraussMaffei Berstorff presenta dos conceptos de proceso con extrusoras de doble husillo paralelas o cónicas en las que, según el fabricante, se pueden trabajar mezclas de diferentes materiales con solo una geometría de husillo. En el caso de los husillos cónicos, se ha prestado especial interés en la necesidad clave de mantener una buena estabilidad de la presión en la coextrusora cónica. Todos los husillos tienen un recubrimiento de molibdeno que, en combinación con los cilindros nitrurados a profundidad, prestan una protección contra el desgaste de gran utilidad cuando se procesan materiales reciclados, o con mezclas secas que tienen grandes porcentajes de relleno.

La empresa PlastiComp, Inc. de Winona, Minnesota ha desarrollado una línea de manufactura para extruir tubos, vigas y otros perfiles estructurales en materiales termoplásticos reforzados con fibras largas (LFT, por sus iniciales en inglés). En las primeras pruebas se generaron vigas rectangulares de dos pulgadas de ancho y tubos de seis pulgadas de diámetro, coextruidos con cintas de vidrio unidireccional como refuerzo axial. Como materiales para la matriz se usaron compuestos de fibras largas de vidrio con PE y TPU. Según la empresa, el sistema puede usar cualquier polímero procesable por fundido.

Materiales permiten acceder a aplicaciones de alto valor

BASF ha desarrollado dos nuevos materiales que se prestan para la producción de tubos y mangueras en los campos de la fabricación de automóviles y de maquinaria, y para su uso en líneas de conducción de aceite y gas. Los retos que supone la conducción de diferentes medios al interior de un vehículo pueden ser muy distintos y requieren por tanto soluciones a la medida, dependiendo de cada caso. Por ejemplo, las líneas que conducen líquidos de refrigeración deben tener una buena tenacidad a baja temperatura y una buena resistencia a la transferencia de calor. Además deben resistir de manera satisfactoria a diferentes procesos químicos, al igual que presentar resistencia a la hidrólisis. En el caso de las líneas que se encuentran bajo el nivel de presión atmosférica, deben ser flexibles y tenaces a bajas temperaturas, al mismo tiempo que deben soportar temperaturas externas de hasta 150°C, al igual que posibles grietas generadas por esfuerzos mecánicos o por procesos químicos. Es importante que el volumen de las mangueras se mantenga constante, independientemente del nivel de presión interna, para no cambiar las condiciones de flujo del medio, las cuales son críticas para el correcto funcionamiento del vehículo.

Para la formulación de los nuevos compuestos se ha usado una poliamida 6.10 de alta viscosidad, que se ha modificado para poder alcanzar buenas propiedades de tenacidad a bajas temperaturas. Se trata de dos tipos de resina, una semiflexible denominada Ultramid S4Z4, especialmente diseñada para conducir medios con grandes requerimientos de temperatura. La segunda resina, Ultramid S4Z4 XS Balance, es más flexible y es apta para su uso en líneas de presión por debajo del nivel atmosférico o para líneas de purga. Ambas resinas presentan una resistencia elevada contra la generación de grietas generadas por compuestos como el cloruro de calcio o el cloruro de zinc.

En el rango médico, la tendencia a reemplazar los productos extruidos de PVC flexible es innegable. Como ejemplo, Kaiser Permanente, quien gasta mil millones de dólares anualmente en productos médicos, no comprará más equipo hechos con PVC y plastificantes tipo DEHP y desde Julio de 2015, el uso de tubos que contienen DEHP será prohibido en hospitales franceses. Entre las soluciones encontradas hasta el momento está la del consorcio compuesto por la empresa estadounidense Microspec y la alemana Styrolution en la que reemplazan el PVC para mangueras multicanal flexibles con un copolímero en bloque de estireno butadieno (SBC). Entre las ventajas de este material está su mayor claridad comparado con el PVC y su baja absorción de medicamentos. El copolímero se vende comercialmente con el nombre de Styroflexy Styrolux. Dependiendo de las propiedades que se requieran, el primero se caracteriza por comportarse como un elastómero termoplástico apropiado para ser extruido, inyectado y termoformado. Según Styrolution, el material presenta una gran resilencia y tenacidad, claridad óptica y estabilidad de procesamiento. Además de esto, ofrece una buena capacidad para ser impreso y para adherirse a muchos polímeros diferentes. El material también puede usarse como aditivo para lograr una mejor tenacidad y aumentar la resistencia al agrietamiento de un compuesto. El Styrolux presenta además una alta resistencia al impacto y es miscible con poliestireno.

Accesorios que mejoran la calidad

Sikora AG desarrolló un sistema de medición de temperatura superficial sin contacto para productos de perfil circular, llamado Wire-Temp 6010. El sistema funciona basado en una medición de temperatura por medio de un sensor térmico en una cámara infrarroja, que permite medir en un amplio espectro de manera independiente al material o a la estructura superficial. El sistema puede medir productos con un diámetro entre 0,1 y 10 mm o entre 0,15 y 100 mm. Las temperaturas que mide llegan hasta 150 °C y opcionalmente se puede adaptar para medir hasta 200 °C. El aparato puede comunicarse con los sistemas de adquisición de datos usando una gran variedad de interfaces industriales estándar (RS485, RS232, Ethernet, entre otras) e incluye la posibilidad de comunicarse vía WLAN.

La empresa Buss AG, de Suiza, ha producido una mezcladora para la preparación de PVC, con el fin de aumentar la flexibilidad de las empresas en cuanto al tiempo de reacción y de procesamiento de cantidades pequeñas y medias,con la generación de un modelo de 46 mm de diámetro en su espacio de procesamiento. La máquina se denomina Quantec 46 G3 y puede producir hasta 500 kg/h de mezcla en PVC duros y blandos. Este tamaño es ideal cuando la empresa necesita hacer cambios frecuentes de material en su cadena de producción, o cuando los lotes de producto son pequeños.

Un avance interesante de este modelo es el movimiento axial oscilatorio del husillo que logra una eficiencia mayor en el mezclado, una ventana mayor de procesamiento y una producción mayor.

Extrusión y montaje en un solo proceso

El uso innovador del conocimiento de las interrelaciones entre las propiedades físicas, químicas y mecánicas de los nuevos materiales disponibles, al igual que su combinación inteligente con los procesos disponibles de automatización y control, hace que puedan desarrollarse soluciones sorprendentes para la optimización de procesos que cada vez requieren mayor velocidad de producción, repetibilidad y cumplimiento de normas de calidad. Este es el caso de la firma Reis Extrusion quien ha desarrollado un sistema para unir en un solo paso de producción la extrusión de perfiles de empaque con su montaje automatizado en piezas automotrices, usando un robot de 6-ejes.

Lo novedoso del sistema es que el cabezal de extrusión no se encuentra en la máquina extrusora sino en el brazo móvil del robot. Una manguera atemperada y resistente a la presión conecta la extrusora con el brazo del robot en el que se encuentra el cabezal.  El robot sigue con el cabezal la ruta dispuesta a lo largo de la pieza automotriz mientras extruye el perfil de empaque, que queda instalado directamente. El material que se usa debe cumplir con las necesidades estrictas de la industria, en cuyo caso se usa un TPE llamado Santoprene TPV de Exxon MobilChemical, que ya tiene las diferentes certificaciones necesarias para su uso en esta aplicación.

Igualmente interesante es la solución dada para que el proceso se mantenga fluyendo constantemente a pesar de tener que cambiar de pieza. El cabezal cuenta con una válvula que envía el material fundido por una línea de recirculación cuando no se está extruyendo/instalando el perfil sobre una pieza. Ese material se deposita directamente en una bandeja que lo dirige a un molino para su uso posterior como materia prima, reduciendo  así el desperdicio de material y manteniendo en todo momento el proceso a punto, para que cuando llegue la siguiente pieza pueda recomenzar la extrusión inmediatamente.

En el caso de la generación de empaques de anillo, al volver al punto de inicio se extruye una cantidad más grande de material, que por medio de una herramienta especialmente diseñada, se presiona formando una unión entre el comienzo y el final del perfil en la que no se nota un cordón “de soldadura”.

El conocimiento del proceso le permite a la firma desarrolladora generar cambios específicos en los perfiles para aumentar o reducir la resistencia mecánica del empaque en puntos determinados, por ejemplo en curvas cerradas. Esto lo puede lograr disminuyendo el espesor del material o con costillas de refuerzo.

La velocidad de procesamiento ha llegado a valores de 400 mm/s al usar una mesa rotatoria en la que se coloca la pieza sobre la que se extruye e instala el empaque. Esto suma un eje más al sistema y le reduce la cantidad de movimientos que debe hacer el robot, aumentando así la velocidad a la que se puede producir.

Artículo proveniente de la revista impresa con el código TP2803-extrusión.