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EXTRUSIÓN y

LABORATORIO DE ASISTENCIA TÉCNICA

EXTRUSIÓN

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La extrusión es proceso que consiste en calentar y dar forma a un plástico, al hacerlo pasar de manera continua a través de un dado, con una abertura y diseño específico. Su importancia estriba en que es un proceso continuo y es utilizado para fabricar películas, perfiles, tuberías, láminas, filamentos, etc.

Para este proceso se puede emplear una sola resina o una mezcla con: otros polímeros, aditivos, pigmentos, cargas, etc., dependiendo de los requerimientos del producto final, considerando: costos, calidad, productividad, innovación, etc.

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EXTRUSOR

El extrusor consiste de una tolva en la que se alimenta la materia prima, la cual cae en un barril que cuenta con un husillo, resistencias eléctricas y ventiladores externos, el husillo transporta, funde y homogeniza el plástico. Posteriormente el polímero fundido se hace pasar a través de un paquete de filtros que además de atrapar impurezas, incrementa su presión para un mejor mezclado.

TOLVA DE ALIMENTACIÓN

BARRIL CALENTADO CON RESISTENCIAS ELECTRICAS

HUSILLO

EXTRUSIÓN

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Finalmente el material fundido pasa a través del dado donde tomará la forma del mismo, posteriormente se enfría adquiriendo las características finales, como son: ancho, largo, espesor y orientación.

Este proceso es continuo y puede ser en forma ascendente, descendente u horizontal, dependiendo del tipo de dado y producto a fabricar.

EXTRUSIÓN

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Las dimensiones del producto final se deben a los parámetros de producción y al tratamiento que reciba a la salida del dado: estiramiento longitudinal, soplado (estiramiento transversal) o sus combinaciones.

EXTRUSIÓN

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Los polímeros a extruirse, deben contar con buena resistencia tanto extensional como elongacional en fundido, para mantener la continuidad del proceso.

Ejemplos:

Polímero Dado Ejemplo de Productos

Polietileno / Polipropileno

Anular Película, Tubería, manguera, cintas para riego

Plano Película, lámina, recubrimiento, rafia

Orificio Perfiles, flejes, filamento, pelletizado

PVC

Anular Tubería, manguera

Plano Lámina, película, recubrimiento

Orificio Perfiles, persiana, canaletas

Poliéster / Nylon / Rayón Multi-orificios Filamentos, cuerda, fibra sintética

Hules, PVC, PE reticulado Orificio Recubrimiento de cable

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PELÍCULAS

La extrusión de polietileno, mediante un dado anular vertical ascendente se utiliza para fabricar película tubular, mientras que con un dado “cast” se obtiene película plana. Dependiendo de los polietilenos que se utilicen, las aplicaciones de las películas incluyen:

Polietilenos Fluidez Características Ejemplos Baja densidad Alta fluidez: > 2.0 gr/10 min Calibre delgados Empaques delgados y laminación

Baja densidad 2.0 gr/10 min Calibres medios Bolsa y empaque uso general

Baja densidad Fluidez fraccional: < 0.4 gr/10 min

Calibres gruesos, Alta resistencia, Alto encogimiento

Bolsa alta resistencia, valores, empaque industrial. Película para invernadero y ollas de agua (geomembranas)

Lineal de baja densidad > 1.8 gr/10 min Calibres delgados

y medios Película para: acolchado agrícola, stretch (emplayado)

Alta densidad Fluidez fraccional: 0.30gr/10 min

Alta resistencia Alta rigidez

Película termoencogible (en combinación con baja densidad fraccional y lineal de baja densidad)

Alto peso molecular

Muy baja fluidez < 0.2 gr/10 min

Calibres muy delgados Alta resistencia

bolsa para supermercados: camiseta y en rollo

Grado de compactación - Encogimiento - Flexibilidad

Capacidad de Carga: - Rigidez - Resistencia a la tensión - Baja elongación

Manejo del paquete: - Resistencia al rasgado - Sellabilidad

PEBD PEAD PELBD

Película Termoencogible:

PELÍCULAS

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Las propiedades de una mezcla pueden predecirse como el promedio de las propiedades individuales:

P = Σ (Pi * Xi) Donde: • P es la propiedad final de la formulación, • Pi es el valor de la propiedad para el

componente i • Xi es el porcentaje del componente i en

la formulación

PELÍCULAS

Un solo polietileno no puede cumplir con todos los requerimientos deseados en una película: resistencia mecánica, sellabilidad, propiedades ópticas, costos, etc. Es necesario recurrir a mezclas para aprovechar las ventajas que aportarán los diferentes polímeros.

sin embargo, las propiedades pueden mejorarse (sinergia) o destruirse (antagonismo) mutuamente.

A= Polietileno de Baja Densidad B= Polietileno Lineal de Baja Densidad

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La sinergia se presenta cuando existe colaboración mutua de las resinas, ya sea por compatibilidad, mezclado eficiente o porcentajes adecuados (micrografía (a)).

El antagonismo es debido a la separación de resinas, ya sea por incompatibilidad, o mezclado deficiente (micrografía (b)).

El análisis por microscopía muestra el grado de integración de diferentes polietilenos:

PELÍCULAS

mezcla compatible mezcla no homogénea

(a) (b)

Proceso del emplayado

PELÍCULAS

HORNO

Para elaborar un efectivo emplayado termoencogible, se requiere homogenización de la mezcla y compatibilidad entre los componentes

Por encima del 35%, el PEAD comienza a tener problemas de integración con el PEBD.

11 Grado de compactación Capacidad de Carga Manejo adecuado

PELÍCULAS

Las PELÍCULAS TERMOENCOGIBLES, generalmente se fabrican con mezclas ternarias, como se mencionó anteriormente, debido a las características que aporta cada material, según los porcentajes que integran la mezcla para evitar incompatibilidad entre ellas.

Los siguientes resultados muestran como pueden variar las propiedades mecánicas de acuerdo a los porcentajes de PEBD, PEAD, PELBD.

Tension M

Tension T

Elong M

Elong TEnc M

Enc T

Costos

2345678

MEZCLA mezcla PEBD PEAD PELBD

PELBD Hexeno

2 65% 25% 10% 3 65% 20% 15% 4 65% 15% 20% 5 60% 25% 15% 6 55% 25% 20% 7 60% 25% 15% 8 60% 25% 15%

Las propiedades evaluadas fueron: • resistencia a la tensión / elongación, • Encogimiento • costos.

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COEXTRUSION

PELÍCULAS COEXTRUIDAS

A diferencia de las mezclas de extrusión, en coextrusión solo se producen películas con propiedades mejoradas (sinergia), debido a que cada material mantiene sus propiedades individuales al colocar estratégicamente: resinas, aditivos y pigmentos.

Lo importante de la coextrusión es la compatibilidad interfacial entre cada capa, para que se pueda obtener la sinergia esperada.

- Estabilidad dimensional

- Termicidad - Resistencia ambiental - Opacidad - durabilidad

PEBD fraccional / PELBD

Copolímero EVA

Aditivos UV, sombra, Antigoteo, antioxidantes, etc.

Película de Invernadero:

A diferencia de la termoencogible, para películas de invernaderos se prefieren coextrusiones para distribuir aditivos y mejorar el desempeño de las resinas.


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- Capacidad de estiramiento - Resistencia mecánica

- Adhesividad

PELBD Aditivo


Película stretch:

Al igual que la de invernadero, se prefieren formulaciones coextruidas para distribución del aditivo y mejorar el desempeño de la resina

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- Resistencia a la punción - Resistencia mecánica

- Durabilidad - Doble color

PELBD / mPE Aditivo UV, pigmento


Película de acolchado agrícola:

Requiere formulaciones coextruidas para distribución de aditivos protectores y pigmentos que mejoran el desempeño de la resina, lo que implica protección y desarrollo del cultivo con menor cantidad de recursos: agua, nutrientes, plaguicidas, etc.

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Laboratorio de Asistencia Técnica


VIDEO

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VIDEO


Al Aeropuerto

A Pemex

UBICACIÓN


Eje Central Lázaro Cárdenas No. 152, Edificio 25

Col. San Bartolo Atepehuacán, Del. Gustavo A. Madero

México D.F. C.P. 07730

Vallejo


ÁREAS DE TRABAJO

El Laboratorio consta de dos edificios: 1. Una nave circular de 595 mt2: sección de procesado. 2. Un edificio de 4 niveles: oficinas, sección analítica y salas de capacitación:

a. Planta baja, de 250 mt2. b. Primer piso, de 297 mt2. c. Segundo piso, de 327 mt2. d. Tercer piso, de 350 mt2.


Elaboración de formulaciones mediante: • Mezclado continuo • Mezclado por lotes

Evaluación de la procesabilidad en equipos de transformación: • Extrusión de película soplada • Coextrusión de película soplada desde 2 hasta 5 capas • Coextrusión de película plana desde 3 hasta 5 capas • Inyección • Soplado de botellas

Simulación de procesos de transformación: • Simulador de moldeo por Inyección • Simulador de Extrusión • Simulador de Soplado

Análisis de flujo: • Medidor de índice de fluidez • Reometría capilar (viscosidad dinámica y extensional)

Evaluaciones térmicas: • Temperatura de fusión • Porcentaje de cristalinidad • Coeficiente de dilatación térmica • Temperatura de deflexión bajo carga (HDT/Vicat)

Análisis físico-mecánicos: • Densidad • Resistencia y módulo de Flexión (*) • Resistencia a la Compresión (*) • Resistencia y módulo de tensión (*) • Elongación • Resistencia al Impacto • Resistencia al rasgado • Coeficiente de Fricción (*) A diferentes temperaturas de evaluación

Caracterización química: • Identificación de polímeros y aditivos • Determinación de pesos moleculares • Cuantificación de aditivos

Propiedades ópticas: • Brillo, • color, • Opacidad • Análisis de defectos

Envejecimiento ambiental acelerado: • Por calentamiento • Por radiación ultravioleta

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CATALOGO DE SERVICIOS


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CATALOGO DE SERVICIOS

Consta de 11 cursos:

1. “LOS PLÁSTICOS Y SUS CARACTERÍSTICAS”

2. “MOLDEO POR INYECCIÓN DE PLÁSTICOS”

3. “EXTRUSIÓN DE PELÍCULA PLANA Y SOPLADA”

4. “TECNOLOGÍA DE MEZCLADO DE PLÁSTICOS”

5. “ADITIVOS PARA PLÁSTICOS”

6. “ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE PLÁSTICOS”

7. “TERMOFORMADO”

8. “RECICLADO DE PLÁSTICOS”

9. “AGROPLASTICULTURA”

10. “ANÁLISIS Y CARACTERIZACIÓN DE FALLA”

11. “MOLDEO POR SOPLADO DE PLÁSTICOS”

* Registrado ante la Secretaría del Trabajo

DIPLOMADO EN PLÁSTICOS *.


GRACIAS


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En agosto de 2014, el Laboratorio inicia sus operaciones proporcionando servicios de asistencia técnica a clientes. A la fecha se han atendido mas de 270 solicitudes de trabajo, referentes a: Nuevas formulaciones para películas: de invernadero, termoencogible y

stretch, así como para materiales para inyección de tapas, coextrusiones, etc.

Caracterización de polímeros, para sustituirlos con productos de PEMEX. Caracterización de polímeros de PEMEX debido a reclamos y desempeño. Identificación de polímeros y contaminantes. Evaluación de productos por cambio de paquetes de aditivación en PEMEX. Caracterización de polímeros producidos con nuevos catalizadores. Caracterización de nuestros polímeros y de contratipos. Cursos de capacitación: Diplomado en Polímeros

EL LABORATORIO


SECCIÓN DE PROCESADO

5. EL EQUIPAMIENTO


- Evaluar el desempeño de las resinas en procesado por extrusión, tanto en película soplada como en película plana.

- Modificar las condiciones de operación y evaluar los efectos

- Determinar las propiedades físico-mecánicas de las películas fabricadas con diferentes resinas y condiciones de operación

- Analizar la distribución de las capas en la coextrusión de diferentes películas

- Comparar mezcla vs coextrusión

Sección de Procesado

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5. EL EQUIPAMIENTO

Coextrusor de películas soplada y plana: Equipo versátil que permite fabricar películas de 1 a 5 capas con lo que se podrá:


Máquina Inyectora: Permitirá: - Evaluar el desempeño de las resinas en procesado por moldeo. - Modificar las condiciones de operación para evaluar los efectos sobre el

producto terminado. - Fabricar piezas bajo estándares ASTM de moldeo para determinar sus

propiedades físico-mecánicas - Evaluar la capacidad de llenado en el molde de flujo en espiral

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5. EL EQUIPAMIENTO



Máquina Sopladora de Botellas (de ½ y 1 litro): Permitirá: - Evaluar el desempeño de las resinas en procesado por soplado. - Modificar las condiciones de operación para evaluar los efectos - Determinar las propiedades físico-mecánicas del producto terminado en

función de la calidad de la resina y de las condiciones de operación - Obtener botella para analizar la distribución de espesores en el parison y/o

desviación de éste.

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5. EL EQUIPAMIENTO



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Extrusor doble-husillo: Permitirá: - Efectuar el mezclado intensivo de polímeros incorporando aditivos. - Preparar formulaciones

Molino de Cuchillas: Equipo para molienda de muestras y materiales.

5. EL EQUIPAMIENTO



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Túnel de Encogimiento (para formar paquetes con película termo-encogible). Permitirá: Evaluar en forma global el desempeño de la película termoencogible en la fabricación de paquetes en los parámetros de: sellado, encogimiento, compactación y apariencia final.

EL EQUIPAMIENTO



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Cámara termográfica (imágenes térmicas del procesamiento). Permitirá: Obtener imágenes térmicas del procesamiento, lo cual permitirá determinar: - Distribución térmica en el proceso y el producto. - Eficiencia del calentamiento o enfriamiento. - Regiones calientes/frías, lo cual se interpreta como falla mecánica en el

desempeño del producto (contracciones diferenciales, regiones sub- o sobre-calentadas, polímero degradado)


EL EQUIPAMIENTO


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SECCIÓN ANALÍTICA

EL EQUIPAMIENTO


Columna de Densidad: Determina la densidad del polietileno por flotación en una solución agua-alcohol, generando un gradiente de densidades a lo largo de una columna vertical.

Plastómetro: Permite analizar el índice de fluidez del polímero, a diferentes parámetros de peso y temperatura: la medición mas común se realiza con pesa de 2.160 kg; sin embargo se pueden utilizar otras pesas: de 5.0, 10.0 y 21.6 kg. La temperatura típica de este análisis es de 190°C, aunque también puede realizarse a 125, 150 ó 230°C Al utilizar diferentes condiciones a las típicas, se pueden comparar resinas de forma efectiva.

Sección Analítica

EL EQUIPAMIENTO


Tensilómetro o Máquina Universal de Ensayos Mecánicos: Evalúa las propiedades físico-mecánicas por deformación de muestras a velocidad constante:

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TENSIÓN: - Rigidez (módulo), resistencia a la tensión, elongación (capacidad

de deformación), en el punto inicial de deformación, así como la resistencia y elongación máximas en el punto de ruptura.

- Grado de orientación de la película (comparación de propiedades en dirección máquina y transversal)

- Resistencia inicial al rasgado - La resistencia del sello - La delaminación de capas adheridas

FLEXIÓN - Rigidez (módulo de flexión), resistencia a la flexión en muestras

rígidas COMPRESIÓN - Rigidez, resistencia a la compresión, capacidad de deformación

y recuperación de los esfuerzos aplicados al comprimir muestras huecas (botellas, tuberías).

Sección Analítica

EL EQUIPAMIENTO


Probador de Impacto por Péndulo tipo Charpy-Izod: Determina la resistencia al impacto que ofrecen las piezas rígidas, la cual depende de la formulación, condiciones de inyección y forma de la pieza. La prueba puede realizarse con muesca o sin muesca, y de los tipos: Izod y Charpy

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Probador de impacto de películas por caída de dardo: Calcula la resistencia al impacto que ofrecen las películas, dependiendo de la formulación y condiciones de extrusión. La muestra de película se sujeta en una base, recibiendo el impacto al caer el dardo desde una altura de 26 o de 60 pulgadas, variando el peso según el tipo de muestra.

Sección Analítica

EL EQUIPAMIENTO


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Probador de Rasgado tipo Elmendorf: Identifica la resistencia de película por propagación de rasgado, como función de la orientación obtenida en la película. También permite estimar el grado de orientación al comparar esta propiedad evaluada en dirección máquina y en dirección transversal

Colorímetro: Determina el color en escala l-ab por reflexión para piezas opacas, o por transmisión de luz materiales transparentes, debido a degradación, aditivos, pigmentos, contaminantes dispersos, etc.

Sección Analítica

EL EQUIPAMIENTO


Medidor Óptico por Transmisión de luz (Haze): Analiza las propiedades ópticas de las películas: transparencia y opacidad.

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Brillómetro: Mide el brillo debido a la luz reflejada en distintos ángulos.

Medidor de coeficiente de fricción: Calcula los coeficientes cinético y estático de fricción en películas (efecto de deslizante).

Sección Analítica

EL EQUIPAMIENTO


HDT-VICAT: Determina la temperatura máxima de aplicación de un producto al medir: - HDT Temperatura a la cual una pieza

comienza a flexionarse bajo carga, - VICAT: Temperatura del inicio de fusión o

de reblandecimiento.

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Cámara de Envejecimiento UV: Analiza la degradación de películas y piezas expuestas al ambiente, al aplicar ciclos intensivos de temperatura – humedad – radiación UV para simular las condiciones ambientales en menor tiempo del real. También se emplea para acelerar la migración de aditivos.

Sección Analítica

EL EQUIPAMIENTO


Estufa Eléctrica con Circulación Forzada de Aire: Se utiliza para observar el comportamiento térmico de las películas y piezas, así mismo para degradar aditivos/polímeros y acelerar la migración de aditivos.

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Baño de Aceite Calentador con Recirculación: Evalúa el grado de encogimiento de las películas termoencogibles, el cual depende de los porcentajes de cada material, así como de las condiciones de operación.

Sección Analítica

EL EQUIPAMIENTO


Microscopio con Analizador de imágenes:

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En este equipo se podrá: - Observar tipo y características de un

defecto - Cuenta con una platina caliente para

aplicar calentamiento a la muestra para diferenciar el tipo de contaminante: inorgánico, gel, otro polímero.

- Verificar espesores de capas en películas coextruidas

- Determinar causas probables de fractura en una pieza o falla en una película

- Su polarizador de luz permite observar líneas de flujo y esfuerzos congelados para considerar el riesgo de falla en una pieza

Sección Analítica

EL EQUIPAMIENTO


Cromatógrafos: Permiten identificar y cuantificar los diversos componentes cuando se compara el análisis con patrones de referencia, al separar las sustancias en suspensión o en solución, ya sea por tamaño de partícula, o por velocidad de difusión. Los cromatógrafos con los que se cuentan son:

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Cromatógrafo de Permeación en Gel (GPC): Determina el pesos moleculares, Polidispersidad y tipo e índice de ramificación.

Sección Analítica

EL EQUIPAMIENTO


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Cromatógrafo de Líquidos de Alto Desempeño (HPLC): Identifica componentes líquidos o solubles en los polímeros.

Cromatógrafo de Gases con Detector de Masas: Identifica componentes volátiles presentes en los polietilenos, como aditivos, compuestos de degradación e impurezas.

Sección Analítica

EL EQUIPAMIENTO


Espectrómetro Infra-rojo (FT-IR): Obtiene mediante radiación infrarroja aplicada a una muestra un espectro que permite identificar los polímeros y/o aditivos por su composición química.

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Sección Analítica

EL EQUIPAMIENTO


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Simuladores de Proceso: Programas computacionales que simulan los parámetros de operación, propiedades intrínsecas de los polímeros, diseño de los canales de flujo, con lo cual se pueden optimizar las condiciones de operación o la composición de una mezcla, proponer rediseño de moldes/dados, e incluso corregir defectos en los procesos de transformación modificando variables. Los Software con los que cuenta el Laboratorio permiten simular los procesos de: - Moldeo por Inyección - Extrusión de película plana/soplada - Moldeo-Soplado

Sección Analítica

EL EQUIPAMIENTO


Calorímetro diferencial de Barrido (DSC): Determina la temperatura de fusión y de cristalización así como las entalpías en ambas transiciones.

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Analizador Dinámico-Mecánico (DMA): Analiza las propiedades físico-mecánicas de los

polímeros a diferentes temperaturas en función a deformaciones cíclicas o fatiga.

Sección Analítica

EL EQUIPAMIENTO


Analizador Termo-Mecánico (TMA): Define la temperatura máxima de trabajo, el coeficiente de expansión térmica y la capacidad calorífica.

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Analizador Termo-Gravimétrico (TGA): Cuantifica el material volátil debido a la descomposición de aditivos y/o degradación del polímero por calentamiento.

Sección Analítica

EL EQUIPAMIENTO


Reómetro Oscilatorio: Evalúa las propiedades reológicas de los polímeros a distintas velocidades de deformación rotacional del estado plástico y extensional del estado fundido, obteniendo la viscosidad en función de las velocidades de deformación / temperatura, así como sus componentes:

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• módulo elástico, • módulo viscoso, • la relación de

módulos (tan delta)

Sección Analítica

EL EQUIPAMIENTO


Reómetro Capilar: Analiza la reología de los polímeros a distintas temperaturas en función de velocidades de corte y esfuerzos de corte para conocer: - El cambio de viscosidad al variar la velocidad y temperatura

de operación, - Las velocidades máximas de extrusión, para prevenir

fracturas en el polímero fundido, - El hinchamiento a la salida del dado y adelgazamiento por

estiramiento - La resistencia extensional del fundido por tensión a la salida

del dado.

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Reómetro de Torque: Permite determinar la energía de mezclado, la temperatura y el calor de fusión de los polímeros y sus mezclas, además de observar el grado de integración de las mismas.

Sección Analítica

EL EQUIPAMIENTO

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