He estado trabajando con equipos de extrusión de láminas durante años y existe una brecha entre lo que te dicen los folletos de ventas y lo que sucede cuando estás parado junto a una fila a las 2 a.m. tratando de descubrir por qué el medidor se está desviando. La extrusión de láminas de plástico forma materiales de embalaje para todo, desde vasos de yogur hasta envases bivalvos, pero obtener resultados consistentes requiere algo más que seguir el manual.
Empezando por lo básico pero no realmente.
El cilindro del extrusor tiene zonas - generalmente seis o siete según la máquina. Cada zona funciona a una temperatura diferente y el gradiente es importante porque estás tratando de derretir el polímero gradualmente mientras aumenta la presión. Apresúrate y obtendrás bolitas sin derretir. Si va demasiado lento, corre el riesgo de sufrir degradación térmica, especialmente con materiales-sensibles a la temperatura como el PVC.
La mayoría de las operaciones de PP ejecutan la zona de alimentación alrededor de 180 grados y aumentan hasta aproximadamente 215 grados en el troquel. Pero esos números cambian según el grado de resina que esté utilizando. Un PP de alto-flujo-de fusión necesita temperaturas más bajas que un grado estándar o el material goteará del troquel incluso antes de comenzar la línea.
El diseño de troqueles es donde los fabricantes gastan el dinero real. Un troquel barato genera problemas de cordones en los bordes - ahí es donde los bordes de la hoja son más gruesos que el centro - y terminas recortando entre el 15 y el 20 % del ancho del material solo para obtener un producto utilizable. Empresas como Nordson EDI cobran precios superiores por sus matrices, pero la geometría del canal de flujo que utilizan en realidad distribuye la masa fundida de manera uniforme. Su sistema de troquel AutoFlex se ajusta automáticamente a las variaciones de espesor, lo que suena genial hasta que necesitas reemplazar un elemento calefactor y te das cuenta de que las piezas cuestan más que el pago del automóvil de algunas personas.
Los costes de materiales lo cambiaron todo en 2021
Los precios de la resina se volvieron locos durante la pandemia. El LDPE que costaba 0,45 $/lb en 2019 alcanzó los 0,89 $/lb a mediados de 2021, según datos de compras de plasticstoday.com, y de repente todo el mundo se preocupó por las tasas de chatarra. Antes de eso, una tasa de desperdicio del 5% no era gran cosa. Después de que los precios se duplicaron, ese mismo 5% significó que el dinero real saliera por la puerta.
El contenido reciclado se volvió menos sobre marketing y más sobre economía. El desafío con el triturado es la consistencia: - un lote fluye de manera diferente al siguiente, y si utiliza material virgen un día y una mezcla de PCR del 30 % al día siguiente, ajustará las temperaturas del barril y la velocidad del tornillo constantemente. Algunas operaciones dedicaron líneas enteras al material reciclado sólo para evitar los dolores de cabeza del cambio.
Existe un problema con las láminas de PET en el que el contenido de humedad favorece o arruina el recorrido. El PET es higroscópico, absorbe agua del aire y, si intentas extruirlo sin secarlo primero, aparecen burbujas y neblina en la lámina. Los secadores desecantes pueden reducir los niveles de humedad hasta el 0,005%, que es lo que necesita, pero cuestan entre 15.000 y 40.000 dólares, según los requisitos de rendimiento. Sáltese la secadora y su tasa de rechazo se disparará.
Configuraciones de pila de rollos de las que nadie habla mucho
Una pila de tres-rollos versus una pila de dos-rollos - parece simple, pero cambia toda la operación. Tres-rollos le brindan un mejor control sobre la planitud de la hoja porque controla ambas superficies a medida que la hoja se enfría. Dos-rollos son más baratos de comprar y mantener, y utilizan menos espacio. Para materiales de calibre fino inferior a 0,5 mm, tiene sentido tres-rollos. Con hojas más gruesas de más de 2 mm, puedes utilizar dos-rollos en muchas aplicaciones.
La presión de contacto entre los rodillos afecta el acabado de la superficie. Demasiada presión y se obtiene un brillo de espejo que puede verse bien pero que puede causar problemas posteriores si es necesario imprimir o laminar la hoja. No hay suficiente presión y la hoja no queda plana y se ondula. Encontrar la presión adecuada es principalmente prueba y error.
La estabilidad de la temperatura del rodillo de enfriamiento es más difícil de mantener de lo que la gente piensa. Está haciendo circular agua a unos 20-25 grados a través del rollo, y la hoja entrante está a 140-160 grados, dependiendo del polímero. Esa es una enorme diferencia de temperatura, y si su enfriador de agua no puede mantener el ritmo, la temperatura del rollo comienza a subir y las propiedades de la lámina cambian. Vi que esto sucedió en una instalación que utilizaba láminas HIPS: su enfriador era de tamaño insuficiente para la velocidad de línea que intentaban ejecutar y todas las tardes, cuando la temperatura ambiente alcanzaba su punto máximo, comenzaban a tener problemas de calidad. El equipo estaba bien. La capacidad de las enfriadoras fue el cuello de botella.
Por qué la velocidad de línea no se trata sólo de ir más rápido
Existe presión para maximizar el rendimiento, pero la extrusión de láminas tiene límites físicos. El espacio del troquel suele estar entre 1,0-2,5 mm, dependiendo del espesor final de la lámina, y el material se expande cuando sale, lo que se denomina hinchamiento del troquel. Si corre demasiado rápido, estará bajando la lámina antes de que pueda hincharse y solidificarse por completo, lo que cambia su densidad y propiedades mecánicas.
Greiner Extrusion, con sede en Austria, publicó datos que muestran que sus líneas de láminas de PET funcionan entre 25-45 m/min para calibres de 0,3 a 1,5 mm. Esas velocidades son el resultado de décadas de optimización de procesos. El hecho de que un motor pueda girar más rápido no significa que su producto sea aceptable. En greiner-gpi.com detallan cómo la velocidad de la línea se relaciona directamente con la tasa de cristalización en PET, y si se enfría demasiado rápido se obtienen regiones amorfas que afectan la claridad y la resistencia.
El tiempo de permanencia del material en el barril también es importante. Si permanece allí demasiado tiempo a altas temperaturas, se degradará. Los diferentes polímeros tienen diferente estabilidad térmica. - El policarbonato puede soportar tiempos de residencia más prolongados que el acrílico, que se vuelve amarillo si se sobrecalienta. Cuando cambia los programas de producción, los procedimientos de inicio y parada deben tener en cuenta la purga - del material antiguo para que no contamine la nueva tirada.
Los sistemas de medición de espesores evolucionaron
Solía medir el espesor con un micrómetro de mano, tomar muestras cada pocos minutos y ajustar manualmente los pernos de la matriz si veía una desviación. Ahora existen sistemas automatizados con sensores láser o nucleares que escanean la web y envían datos a los controladores que ajustan la matriz sobre la marcha. Pero esos sistemas cuestan dinero - una configuración completa del medidor de escaneo cuesta entre 80 000 y 150 000 dólares instalados.
Las operaciones más pequeñas todavía realizan mediciones y ajustes manuales. La optimización lleva más tiempo y obtienes más variación, pero si las especificaciones de tu cliente son lo suficientemente flexibles, puedes arreglártelas sin el equipo sofisticado. Sin embargo, los envases de dispositivos médicos no pueden soportar ese enfoque. Las regulaciones de la FDA exigen un control del proceso documentado y demostrar que el espesor se mantiene dentro del ±2 % significa tener datos de medición continuos.
Manipulación de la banda después de que la hoja se enfríe
El control de la tensión a través de la bobinadora es su especialidad. Demasiada tensión y las láminas delgadas pueden estirarse y cambiar de dimensión. Si hay muy poca tensión, se obtendrán rollos telescópicos o sueltos que serán imposibles de desenrollar limpiamente aguas abajo. Los agentes deslizantes en la formulación afectan la forma en que interactúan las capas de la hoja cuando se enrollan - demasiado deslizamiento y los rollos se desplazan durante el transporte.
Los recortes de borde generalmente se reciclan y se devuelven al proceso como triturados. Pero solo puedes agregar una cantidad limitada de triturado antes de que las propiedades comiencen a degradarse. La mayoría de las operaciones se mantienen por debajo del 25% de contenido de triturado para productos de primera calidad. Para aplicaciones menos críticas, puede presionar más, pero la consistencia del color se convierte en un problema cuando se mezcla material virgen y reciclado.
El tratamiento de superficies es común para láminas que necesitan impresión o recubrimiento adhesivo. El tratamiento corona o tratamiento con llama modifica la energía de la superficie, la hace receptiva a tintas y adhesivos. Sin embargo, el nivel de tratamiento se degrada con el tiempo, razón por la cual los impresores quieren hojas recién extruidas si pueden conseguirlas.
Costos de mantenimiento de equipos que se suman
El desgaste del tornillo y del cilindro ocurre gradualmente. Las superficies de las paletas del tornillo se pulen hasta quedar lisas, las holguras aumentan y la producción disminuye. Puede que no lo notes al principio, pero después de miles de horas, el rendimiento a una velocidad de tornillo determinada disminuye entre un 10 y un 15 %. Con el tiempo, tendrás que volver a recubrir el tornillo o reemplazarlo por completo, y eso cuesta entre $20 000 y $50 000, según el tamaño y el material.
El mantenimiento del troquel es constante. La acumulación de carbón en los labios del troquel necesita una limpieza cada pocas semanas en algunas aplicaciones y diariamente en otras. Los pernos de ajuste deben permanecer calibrados, las bandas calefactoras fallan y es necesario reemplazarlas. Algunas operaciones programan intercambios de troqueles para poder limpiar e inspeccionar profundamente un troquel mientras se ejecuta la producción en otro.
Cambios de aceite de la caja de cambios, reemplazos de filtros, calibración de controladores de temperatura - todo es rutina, pero suma. Los programas de mantenimiento preventivo ayudan, pero aún se producen tiempos de inactividad no planificados. Fallas en rodamientos, fusibles quemados, fallas en el PLC. Cada hora que la línea está fuera de servicio se pierden ingresos, y en el embalaje normalmente hay otro convertidor listo para hacerse cargo de su negocio si no puede entregar a tiempo.
La inversión de capital para una línea completa de láminas comienza alrededor de $800,000 para algo básico y puede exceder fácilmente los $3 millones para sistemas de gran ancho y alta velocidad con todos los controles y automatización. El mercado de equipos usados existe, pero comprar usados significa heredar los problemas de mantenimiento de otra persona, a menos que realmente sepa lo que está verificando durante la inspección.