OPTIMIZACIÓN DE LAS PROPIEDADES FINALES DE …159.90.80.55/tesis/000141620.pdf · 0,946 L manufacturado mediante el proceso de extrusión-soplado, utilizando mezclas de PEAD/PELBD

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES

COORDINACIÓN DE INGENIERÍA DE MATERIALES

OPTIMIZACIÓN DE LAS PROPIEDADES FINALES DE PRODUCTOS

MOLDEADOS POR EXTRUSIÓN-SOPLADO

Realizado Por: Carlos Eduardo Almeida García

Informe Final de Cursos en Cooperación

Presentado ante la ilustre Universidad Simón Bolívar como requisito parcial para optar al título de Ingeniero de Materiales

Opción Polímeros

Sartenejas, Febrero de 2007

ii

OPTIMIZACIÓN DE LAS PROPIEDADES FINALES DE PRODUCTOS MOLDEADOS POR EXTRUSIÓN-SOPLADO

Realizado por:

Carlos Eduardo Almeida García

RESUMEN

El objetivo fundamental de este trabajo, desarrollado en la empresa Innovaciones Japonesas

C.A. (INJACA), fue reducir el peso y mejorar las propiedades finales del envase CARK OIL de

0,946 L manufacturado mediante el proceso de extrusión-soplado, utilizando mezclas de

PEAD/PELBD (90/10, 80/20 y 70/30). Este producto es fabricado actualmente con PEAD. Las

mezclas fueron realizadas de dos maneras: de forma física (estado sólido) y con una extrusora

doble tornillo (estado fundido). En primer lugar, se realizaron ensayos de tracción, MFI y

densidad en sólido en las instalaciones del Laboratorio E de la USB, a los materiales vírgenes y

las mezclas PEAD/PELBD para determinar preliminarmente de qué manera variaban las

propiedades físicas. Posteriormente, se realizó una primera corrida en planta en la máquina

BEKUM BAE 01 S531 para obtener envases de 45 g correspondientes a cada formulación

utilizando materia prima mezclada de las dos formas, para determinar la influencia de la cantidad

de PELBD y del tipo de mezclado en el procesamiento y en las propiedades finales del producto.

Los envases fueron sometidos a las mediciones y pruebas de calidad rutinarias, para estudiar la

variación de la contracción, las dimensiones, la resistencia al impacto por caída libre y las

propiedades a compresión. Mediante estas pruebas se descartó la mezcla 70/30 en los ensayos de

reducción de peso de los envases debido a sus pobres propiedades a compresión en comparación

al PEAD virgen. Seguidamente, se realizó una segunda corrida en planta mediante la cual se

obtuvieron envases de 43 y de 40 g correspondientes a las formulaciones 90/10 y 80/20

mezcladas sólo en estado sólido, a partir de los cuales, se determinó que los productos más

idóneos de acuerdo al planteamiento inicial, fueron los de la formulación 90/10 de 43 g.

Finalmente, se realizó una simulación del apilamiento durante el almacenaje, para estos envases y

los de PEAD de 45 g, con la cual se comprobó, que los de 43 g de mezcla 90/10 eran menos

resistentes durante el apilamiento. Tomando en cuenta las condiciones de trabajo y los resultados

obtenidos, los envases de 43 g de mezcla 90/10 son los más recomendables para introducir en la

línea de producción porque cumplen con los requerimientos del cliente.

DEDICATORIA

Dedicado a toda mi familia y a Andrea,

gracias a ustedes hoy cumplo un logro más.

iii

AGRADECIMIENTOS

Son muchas las personas a las que tengo que agradecer, por haber contribuido de manera

directa o indirecta con el desarrollo de este proyecto y no quisiera pasar por alto a ninguna…

A mis padres y hermanos, por haberme brindado el apoyo necesario para llevar a cabo no

sólo este proyecto, sino muchos otros logros durante mi vida personal y profesional… Los amo a

todos.

A mi tutora académica, Prof. Ma. Virginia Candal, por haberme orientado ofreciéndome

su apoyo y experiencia en los momentos en que más la necesitaba. A mi tutor industrial, Jesús

Pérez, por brindarnos toda su experiencia y apoyo a lo largo del desarrollo del proyecto.

A los integrantes del departamento de calidad, de producción, de soporte técnico y de

matricería de la empresa INJACA, que durante estos 5 meses mostraron interés en brindarme

soluciones y alternativas para concluir el proyecto de manera satisfactoria.

Al personal del Laboratorio E de la Universidad Simón Bolívar, sobre todo a Héctor, por

haberme brindado toda su experiencia durante la realización de los ensayos de laboratorio.

A Andrea, por ser la persona más especial de este mundo y haber estado conmigo tanto

en las buenas como en las malas no sólo durante el desarrollo del proyecto, sino también a lo

largo de la carrera. Eres lo mejor que me ha pasado… TE AMO mi vida.

A mis compadres Miguel, Gabor, Massi y Karen…Con ustedes compartí durante casi toda

la carrera y me brindaron su apoyo incondicional en todo momento…Los quiero muchachos.

Al Prof. Johán Sánchez, por haberme orientado en momentos de angustia durante la

redacción del Libro.

iv

ÍNDICE GENERAL

ACTA FINAL DE PROYECTO DE GRADO…………………………………………………….i

RESUMEN………………………………………………………………………………………...ii

DEDICATORIA…………………………………………………………………………………..iii

AGRADECIMIENTOS…………………………………………………………………………...iv

ÍNDICE GENERAL……………………………………………………………………………….v

ÍNDICE DE TABLAS…………………………………………………………………………...viii

ÍNDICE DE FIGURAS…………………………………………………………………………... xi

CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN………………………………………………………………… 1

CAPÍTULO II. OBJETIVOS………………………………………………………………………3

CAPÍTULO III. MARCO TEÓRICO……………………………………………………………...4

3.1. POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD……………………………………………...4

3.2. POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD……………………………………………... 4

3.3. MEZCLADO EN POLÍMEROS……………………………………………………... 6

3.3.1. MEZCLADORES DISTRIBUTIVOS ……………………………………… 7

3.3.2. MEZCLADORES DISTRIBUTIVOS-DISPERSIVOS……………………..8

3.3.3. OTROS MÉTODOS………………………………………………………... 9

3.4. PROCESO DE MANUFACTURA: EXTRUSIÓN-SOPLADO……………………... 9

3.4.1. EXTRUSORA……………………………………………………………...10

3.4.2. CABEZALES……………………………………………………………… 10

3.4.3. BOQUILLA………………………………………………………………...10

3.4.4. ESTACIÓN DE PRE-SOPLADO Y SOPLADO…………………………..11

3.4.5. CONTROLADOR DE PARISON………………………………………… 11

3.4.6. SISTEMA DE CIERRE…………………………………………………… 12

3.4.7. MOLDE…………………………………………………………………….12

3.4.8. SISTEMA DE CORTE……………………………………………………. 13

3.5. DEFECTOS DE MOLDEO MÁS COMUNES……………………………………... 13

3.6. ANTECEDENTES…………………………………………………………………...15

3.7. JUSTIFICACIÓN…………………………………………………………………… 18

CAPÍTULO IV. METODOLOGÍA……………………………………………………………… 20

v

vi

4.1. CAPACITACIÓN EN EL PROCESO DE SOPLADO Y ESCOGENCIA DEL PROBLEMA A ATACAR………………………………………………………….. 20

4.2. ENVASE DE ACEITE CARK-OIL 0,946 L………………………………………... 21

4.3. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA……………………………………………………... 23

4.4. ENSAYOS DE LABORATORIO…………………………………………………... 24

4.4.1. PREPARACIÓN DE FORMULACIONES EN EL MEZCLADOR ORBITAL………………………………………………………………….. 24

4.4.2. MEZCLADO EN EL FUNDIDO…………………………………………. 25

4.4.3. ENSAYOS FÍSICOS……………………………………………………… 26

4.5. PRIMERA CORRIDA EN PLANTA……………………………………………….. 30

4.5.1. MEZCLADO DE LAS FORMULACIONES …………………………….. 30

4.5.2. OBTENCIÓN DE LOS ENVASES……………………………………….. 32

4.5.3. MEDICIONES…………………………………………………………….. 33

4.6. REDUCCIÓN DE PESO DE LOS ENVASES……………………………………... 36

4.6.1. MEZCLADO DE LAS FORMULACIONES …………………………….. 36

4.6.2. OBTENCIÓN DE LOS ENVASES……………………………………….. 36

4.6.3. MEDICIONES ……………………………………………………………. 37

4.7. PRUEBA DE DESPRENDIMIENTO SCOTCH…………………………………… 37

4.8. SIMULACIÓN DE APILAMIENTO DE LOS ENVASES………………………… 38

4.8.1. CÁLCULO DE LA DISTRIBUCIÓN DE FUERZAS EN LA CONFIGURACIÓN UTILIZADA………………………………………... 38

4.8.2. PRUEBA DE APILAMIENTO…………………………………………… 39

CAPÍTULO V. RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS…………………………. 40

5.1. ESTUDIO DE LA LÍNEA DE PRODUCCIÓN……………………………………. 40

5.2. ENSAYOS DE LABORATORIO…………………………………………………... 41

5.2.1. MEDICIÓN DEL ÍNDICE DE FLUIDEZ………………………………... 41

5.2.2. MEDICIÓN DE LA DENSIDAD…………………………………………. 44

5.2.3. ENSAYOS DE TRACCIÓN……………………………………………….45

5.3. PRIMERA CORRIDA EN PLANTA……………………………………………….. 49

5.3.1. CONTRACCIONES LINEALES…………………………………………. 51

5.3.2. IMPACTO POR CAÍDA LIBRE………………………………………….. 57

5.3.3. PROPIEDADES A COMPRESIÓN………………………………………. 57

vii

5.3.4. CURVAS DE CONTROL………………………………………………… 60

5.4. SEGUNDA CORRIDA EN PLANTA……………………………………………… 63

5.4.1. CONTRACCIONES LINEALES…………………………………………. 64

5.4.2. IMPACTO POR CAÍDA LIBRE………………………………………….. 67

5.4.3. PROPIEDADES A COMPRESIÓN………………………………………. 68

5.4.4. CURVAS DE CONTROL………………………………………………… 70

5.5. PRUEBA DE DESPRENDIMIENTO SCOTCH…………………………………… 73

5.6. ENSAYO DE APILAMIENTO ……………………………………………………..74

CAPÍTULO VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES……………………………….. 77

6.1. CONCLUSIONES…………………………………………………………………... 77

6.2. RECOMENDACIONES ……………………………………………………………. 79

BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………………………… 80

APÉNDICES…………………………………………………………………………………….. 85

A.1. DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE DE FLUIDEZ………………………………… 85

A.2. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE LAS MEZCLAS…………………... 85

A.3. ENSAYOS MECÁNICOS………………………………………………………….. 86

A.4. CÁLCULO DE LAS CONTRACCIONES LINEALES…………………………… 87

A.5. VOLUMEN DE SOBRELLENADO………………………………………………..88

A.6. APILAMIENTO SEGÚN LA NORMA COVENIN……………………………….. 89

A.7. TIEMPO DE COLAPSO…………………………………………………………… 89

A.8. GRÁFICOS DE CONTROL………………………………………………………... 90

A.9. SIMULACIÓN DE APILAMIENTO……………………………………………… 96

viii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 3.1. Cambios en las propiedades del Polietileno con la densidad………………………... 6

Tabla 3.2. Defectos más comunes que se presentan en el proceso de extrusión-soplado junto con algunas de sus posibles soluciones………………………………………. 14

Tabla 4.1. Especificaciones del PEAD Venelene 6200B……………………………………… 21

Tabla 4.2. Especificaciones del MB Amarillo Spectra SM- 1065……………………………... 21

Tabla 4.3. Requisitos Específicos del producto………………………………………………... 22

Tabla 4.4. Dimensiones Generales del producto………………………………………………. 22

Tabla 4.5. Dimensiones del Cuello del producto………………………………………………. 22

Tabla 4.6. Características más resaltantes de la máquina de soplado utilizada………………... 23

Tabla 4.7. Especificaciones del PELBD Venelene 11F1………………………………………. 23

Tabla 4.8. Cantidad de material empleada en las pruebas de laboratorio……………………… 24

Tabla 4.9. Perfil de temperaturas registrado durante la extrusión de las mezclas……………... 25

Tabla 4.10. Parámetros de extrusión registrados durante el mezclado………………………….. 26

Tabla 4.11. Condiciones utilizadas para el moldeo de placas por compresión…………………. 27

Tabla 4.12. Dimensiones correspondientes a la probeta Tipo IV……………………………….. 28

Tabla 4.13. Cantidades mezcladas para la primera corrida……………………………………... 31

Tabla 4.14. Perfil de temperaturas registrado durante la primera corrida………………………. 32

Tabla 4.15. Lista de tiempos que pueden variarse en la máquina………………………………. 32

Tabla 4.16. Otras variables registradas durante la primera corrida……………………………... 32

Tabla 4.17. Dimensiones de la cavidad del molde utilizado……………………………………. 35

Tabla 4.18. Cantidades mezcladas para la segunda corrida……………………………………... 36

Tabla 4.19. Perfil de temperaturas registrado durante la segunda corrida………………………. 37

Tabla 4.20. Lista de tiempos que pueden variarse en la máquina………………………………. 37

Tabla 4.21. Otras variables registradas durante la segunda corrida……………………………... 37

Tabla 5.1. Contracciones de la altura total del envase para 0, 24 y 48 h de tiempo de post-moldeo en función de la proporción de PEAD para los envases de la primera corrida…………………………………………………………………… 53

Tabla 5.2. Contracciones de la altura hasta la base del cuello del envase para 0, 24 y 48 h de tiempo de post-moldeo en función de la proporción de PEAD para los envases de la primera corrida……………………………………………… 54

ix

Tabla 5.3. Contracciones del diámetro externo del cuello con rosca del envase para 0, 24 y 48 h de tiempo de post-moldeo en función de la proporción de PEAD para los envases de la primera corrida…………………………………………………... 55

Tabla 5.4. Contracciones del diámetro externo del cuello sin rosca del envase para 0, 24 y 48 h de tiempo de post-moldeo en función de la proporción de PEAD para los envases de la primera corrida…………………………………………………... 55

Tabla 5.5. Masa promedio de los envases obtenidos durante la primera corrida……………... 59

Tabla 5.6. Contracciones de la altura total del envase para 0, 24 y 48 h de tiempo de post- moldeo en función de la proporción de PEAD y de la masa de los envases de la segunda corrida………………………………………………………………….. 65

Tabla 5.7. Contracciones de la altura hasta la base del cuello del envase para 0, 24 y 48 h de tiempo de post-moldeo en función de la proporción de PEAD y de la masa de los envases de la segunda corrida………………………………………………. 66

Tabla 5.8. Contracciones del diámetro externo del cuello con rosca del envase para 0, 24 y 48 h de tiempo de post-moldeo en función de la proporción de PEAD y de la masa de los envases de la segunda corrida………………………………………… 67

Tabla 5.9. Contracciones del diámetro externo del cuello sin rosca del envase para 0, 24 y 48 h de tiempo de post-moldeo en función de la proporción de PEAD y de la masa de los envases de la segunda corrida………………………………………… 67

Tabla A.1. Valores de MFI con sus respectivos errores para cada material…………………… 85

Tabla A.2. Valores utilizados para el cálculo de la densidad de cada material………………... 86

Tabla A.3. Valores de densidad promedio con sus respectivos errores para cada materia……. 86 Tabla A.4. Valores de Módulo de Young promedio con sus respectivos errores para cada material…………………………………………………………………………….. 86

Tabla A.5. Valores de esfuerzo de fluencia promedio con sus respectivos errores para cada material……………………………………………………………………….. 87

Tabla A.6. Valores de deformación de ruptura promedio con sus respectivos errores para cada material……………………………………………………………………….. 87

Tabla A.7. Valores de esfuerzo de ruptura promedio con sus respectivos errores para cada material………………………………………………………………………. 87

Tabla A.8. Tiempos de colapso con sus respectivos errores para los envases obtenidos a lo largo de la primera y la segunda corrida……………………………………………89

Tabla A.9. Alturas totales de los envases obtenidos durante la corrida para cada formulación y tipo de mezclado…………………………………………………………………. 90

Tabla A.10. Alturas hasta la base del cuello de los envases obtenidos durante la corrida para cada formulación y tipo de mezclado……………………………………………… 90

Tabla A.11. Alturas de cuello de los envases obtenidos durante la corrida para cada Formulación y tipo de mezclado…………………………………………………... 90

x

Tabla A.12. Diámetros externos del cuello con rosca de los envases obtenidos durante la primera corrida para cada formulación y tipo de mezclado………………………. 90

Tabla A.13. Diámetros externos del cuello sin rosca de los envases obtenidos durante la primera corrida para cada formulación y tipo de mezclado……………………….. 91

Tabla A.14. Diámetros internos del cuello de los envases obtenidos durante la primera corrida para cada formulación y tipo de mezclado………………………………… 91

Tabla A.15. Espesores circunferenciales de los envases obtenidos durante la primera corrida para cada formulación y tipo de mezclado………………………………………… 91

Tabla A.16. Masa de los envases obtenidos durante la primera corrida para cada formulación y tipo de mezclado…………………………………………………………………. 91

Tabla A.17. Volúmenes de sobrellenado de los envases obtenidos durante la primera corrida para cada formulación y tipo de mezclado………………………………………… 92

Tabla A.18. Alturas totales de los envases obtenidos durante la segunda corrida para cada formulación y peso………………………………………………………………… 92

Tabla A.19. Alturas hasta la base del cuello de los envases obtenidos durante la segunda corrida para cada formulación y peso……………………………………………... 92

Tabla A.20. Alturas de cuello de los envases obtenidos durante la segunda corrida para cada formulación y peso………………………………………………………………… 93

Tabla A.21. Diámetros externos con rosca del cuello de los envases obtenidos durante la segunda corrida para cada formulación y peso…………………………………….. 93

Tabla A.22. Diámetros externos sin rosca del cuello de los envases obtenidos durante la segunda corrida para cada formulación y peso…………………………………….. 93

Tabla A.23. Diámetros internos del cuello de los envases obtenidos durante la segunda corrida para cada formulación y peso……………………………………………… 93

Tabla A.24. Espesores circunferenciales de los envases obtenidos durante la segunda corrida para cada formulación y peso……………………………………………………… 94

Tabla A.25. Masa de los envases obtenidos durante la segunda corrida para cada formulación y peso………………………………………………………………………………. 94

Tabla A.26. Volúmenes de sobrellenado de los envases obtenidos durante la segunda corrida para cada formulación y peso……………………………………………………… 94

Tabla A.27. Relaciones calculadas para comparar las condiciones de almacenamiento reales con las condiciones impuestas en el ensayo de apilamiento………………………. 95

xi

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 3.1. Mezcladores distributivos: (a) De tambor y (b) Conectivo…………………………. 7

Figura 3.2. Extrusora…………………………………………………………………………... 10

Figura 3.3. Boquillas. (a) Convergente y (b) Divergente……………………………………… 11

Figura 3.4. Diagrama de pre-soplado…………………………………………………………...11

Figura 3.5. Diagrama de párison con espesores controlados…………………………………... 12

Figura 3.6. Cavidad de un molde de soplado…………………………………………………...12

Figura 3.7. Diagrama de los canales de venteo………………………………………………....12

Figura 3.8. Diagrama del sistema de enfriamiento de un molde de soplado…………………... 13

Figura 3.9. Cortadora de pasada………………………………………………………………...13

Figura 3.10. Cortadora de golpe………………………………………………………………… 13

Figura 3.11. Cortadora de fusión………………………………………………………………... 13

Figura 3.12. Cortadora de cizalla de párison frío………………………………………………...13

Figura 4.1. (a) Cara frontal y (b) Cara trasera del envase para aceite CARK-OIL……………. 20

Figura 4.2. Planos de envase de aceite CARK-OIL 0,946 L…………………………………... 22

Figura 4.3. Máquina BEKUM BAE 01 S531…………………………………………………. 23

Figura 4.4. Mezclador orbital utilizado en durante el mezclado………………………………. 25

Figura 4.5. Extrusora doble tornillo, baño de agua y granulador……………………………… 25

Figura 4.6. Prensa Carver modelo # 3912……………………………………………………………. 26

Figura 4.7. Plastómetro Davenport modelo 3/80…………………………………………………….. 28

Figura 4.8. Esquema de la probeta Tipo IV……………………………………………………. 28

Figura 4.9. Máquina de ensayos universales EZ test 20……………………………………….. 29

Figura 4.10. Diagrama de los cuadrados utilizados para medir densidad………………………. 29

Figura 4.11. Montaje utilizado para la medición de la densidad………………………………... 30

Figura 4.12. Sacos de 60 envases debidamente identificados…………………………………... 33

Figura 4.13. Identificación realizada en los envases de la primera corrida……………………... 33

Figura 4.14. Gramil Mitutoyo utilizado para la medición de las alturas………………………... 34

Figura 4.15. Modulador de espesores Magnamike 8500……………………………………………... 34

Figura 4.16. Puntos utilizados en la medición de espesores…………………………………….. 34

Figura 4.17. Máquina de compresión utilizada…………………………………………………. 35

xii

Figura 4.18. Momento de colapso del cuello del envase………………………………………... 35

Figura 4.19. Arreglo de envases utilizado en la prueba de compresión………………………… 38

Figura 4.20. Arreglo inicial de paletas aplicado a los envases 90/10 de 43 g.………………….. 39

Figura 4.21. Arreglo inicial de paletas aplicado a los envases de 45 g de PEAD..……………... 39

Figura 4.22. Arreglo final de paletas aplicado a los envases 90/10 de 43 g.……………………. 39

Figura 4.23. Arreglo final de paletas aplicado a los envases de 45 g de PEAD..………………. 39

Figura 5.1. Variación del índice de fluidez en función del % de PEAD en las mezclas realizadas en fundido……………………………………………………………… 43

Figura 5.2. Reacciones que pueden ocurrir en la degradación del PE en función de la temperatura………………………………………………………………………... 43

Figura 5.3. Comparación visual entre las mezclas realizadas en el estado sólido (I) y las mezclas realizadas en la extrusora doble tornillo (USB). (a) Mezclas 90/10, (b) Mezclas 80/20 y (c) Mezclas 90/10…………………………………………… 43

Figura 5.4. Variación de la densidad de las mezclas en función del % de PEAD en las mezclas realizadas en fundido…………………………………………………….. 45

Figura 5.5. Variación del Módulo de Young en función del % de PEAD en las mezclas realizadas en fundido……………………………………………………………… 47

Figura 5.6. Variación del Esfuerzo de fluencia en función del % de PEAD en las mezclas realizadas en fundido……........................................................................................ 47

Figura 5.7. Variación del Esfuerzo de ruptura en función del % de PEAD en las mezclas

realizadas en fundido……………………………………………………………… 48

Figura 5.8. Variación de la Deformación de ruptura en función del % de PEAD en las mezclas realizadas en fundido.................................................................................. 48

Figura 5.9. Curvas esfuerzo-deformación de los materiales ensayados……………………….. 49

Figura 5.10. Tiempo de colapso promedio del cuello de los envases de la primera corrida para cada formulación……………………………………………………………... 59

Figura 5.11. Gráfico de control para la altura total de los envases de la primera corrida………. 61

Figura 5.12. Gráfico de control para la altura hasta la base del cuello de los envases de la primera corrida……………………………………………………………………..61

Figura 5.13. Gráfico de control para la altura de cuello de los envases de la primera corrida….. 61

Figura 5.14. Gráfico de control para el diámetro externo del cuello con rosca de los envases de la primera corrida……………………………………………………... 62

Figura 5.15. Gráfico de control para el diámetro externo del cuello sin rosca de los envases de la primera corrida……………………………………………………... 62

Figura 5.16. Gráfico de control para el diámetro interno del cuello de los envases de la primera corrida……………………………………………………………………. 62

xiii

Figura 5.17. Gráfico de control para el espesor circunferencial de los envases de la primera corrida……………………………………………………………………………... 63

Figura 5.18. Gráfico de control para la masa de los envases de la primera corrida…………….. 63

Figura 5.19. Gráfico de control para el volumen de sobrellenado de los envases de la primera corrida……………………………………………………………………..63 Figura 5.20. Variación del tiempo de colapso del cuello de los envases en función de la proporción de PEAD en la mezcla y la masa de los envases……………………… 69

Figura 5.21. Gráfico de control de la altura total de los envases de la segunda corrida………… 70

Figura 5.22. Gráfico de control para la altura hasta la base del cuello de los envases de la segunda corrida……………………………………………………………………. 70

Figura 5.23. Gráfico de control para la altura de cuello de los envases de la segunda corrida…. 71

Figura 5.24. Gráfico de control para el diámetro externo del cuello con rosca de los envases de la segunda corrida……………………………………………………………… 71

Figura 5.25. Gráfico de control para el diámetro externo del cuello sin rosca de los envases de la segunda corrida……………………………………………………………… 71

Figura 5.26. Gráfico de control para el diámetro interno del cuello de los envases de la segunda corrida……………………………………………………………………. 72

Figura 5.27. Gráfico de control para el espesor circunferencial de los envases de la segunda corrida……………………………………………………………………………... 73

Figura 5.28. Gráfico de control para la masa de los envases de la segunda corrida……………. 73

Figura 5.29. Gráfico de control para el volumen de sobrellenado de los envases de la segunda corrida…………………………………………………………………… 73

Figura 5.30. Patrón de desprendimiento de tinta observado en los envases 90/10 y 80/20 al realizar la prueba Scotch…………………………………………………………... 74

Figura A.1. Configuración utilizada para llevar a cabo la simulación del apilamiento durante el almacenaje……………………………………………………………... 95

CAPÍTULO I

INTRODUCCIÓN

Innovaciones Japonesas C.A. (INJACA) queda constituida legalmente el 24 de Noviembre

de 1964, con la finalidad de ganar mercado en las áreas de fabricación, compra y venta al mayor

y detal de artículos de goma en general. En el año de 1986, la empresa amplía su objeto,

dedicándose a la fabricación de artículos de plásticos (envases, tarros y tapas) para la industria

cosmética, farmacéutica y de limpieza; y hoy en día cuenta con una fuerza laboral de 160

personas integradas por profesionales, empleados y obreros calificados, que a través de sus

servicios permiten cumplir con los objetivos y metas trazadas. La capacidad instalada es de 2000

ton/mes con una producción real de 1500 ton/mes. La planta cuenta con 16 máquinas de

extrusión-soplado, 13 máquinas de inyección, una sección con máquinas de serigrafía, en donde

se imprimen los productos elaborados en la empresa o los ajenos a ésta, y una sección con

maquinaria de mecanizado en donde se fabrican y corrigen algunos de los moldes utilizados y se

llevan a cabo proyectos para otras empresas productoras de artículos plásticos.

INJACA se ha caracterizado siempre por ser una empresa pionera en la aplicación de

nuevas tecnologías y modernas filosofías de trabajo, y es por esta razón, que en la manufactura de

tapas, tarros y envases se aplican los más estrictos controles de calidad, para de esta manera,

asegurar a los clientes la garantía total del producto final que recibe. Entre sus principales clientes

se ubican empresas como: Avon Cosmetic de Venezuela, Beiersdorf, Better Home Products,

Colgate, Cosméticos Rolda, Cosmevar, Drocosca, Industrias Corpañal, Laboratorios Behrens,

Laboratorio Novapharma, Lubricantes Cark-Oil, Lubricantes Venoco, Empresas Polar, Neochem,

Nordik Química, Osiris, Pharsana, Procter & Gamble, Productos EFE, Productos Tapa Amarilla,

O-Pro de Venezuela (MAMUSA), Revlon Overseas Corp., S.C. Johnson & Johnson de

Venezuela, Sheriff Plouay y Unité Chemicals.

El proyecto de Pasantía desarrollado, tomó lugar dentro del departamento de materiales de

la empresa, que funciona en conjunto con los departamentos de producción, mercadeo, calidad y

matricería. El departamento de materiales cuenta con un Gerente de Materiales, que es el que

coordina toda la logística del área de producción y de serigrafía; la coordinadora de compras, que

se encarga de los trámites administrativos de esta área y el jefe de logística que se encarga de

controlar los despachos y las entradas de material.

El trabajo realizado permitió el estudio del comportamiento de las mezclas de

PEAD/PELBD para la obtención de envases para lubricantes CARK- OIL, con la finalidad de

aprovechar el incremento que brindan este tipo de polimezclas en algunas de las propiedades de

los polímeros puros y de esta manera lograr una disminución del peso del envase, promoviendo la

reducción de los costos de producción del mismo. Los productos obtenidos fueron sometidos a

las pruebas de calidad que normalmente se realizan en la empresa y a algunos ensayos

adicionales realizados dentro de las instalaciones de INJACA, para verificar que el producto se

mantuviese dentro de los estándares del cliente.

2

CAPÍTULO II

OBJETIVOS Objetivo General

Realizar mezclas de PEAD y PELBD grado extrusión con la finalidad de reducir el peso y

mejorar las propiedades finales del envase CARK OIL de 0,946 L manufacturado mediante el

proceso de extrusión-soplado en la empresa Innovaciones Japonesas C.A.

Objetivos específicos • Evaluar el efecto de incorporar PELBD en mezclas con PEAD en distintas proporciones

(90/10, 80/20 y 70/30).

• Evaluar la incidencia de la proporción de PELBD en la mezcla y del tipo de mezclado

utilizado, sobre el procesamiento de los envases para aceite automotriz Cark Oil de 0,946 L y

sobre sus dimensiones y propiedades finales, mediante la aplicación de los procedimientos de

control de calidad respectivos.

• Realizar la reducción de peso de los envases, para estudiar la variación en sus

dimensiones y propiedades finales, con el fin de escoger el producto más idóneo y verificar la

factibilidad de su inclusión en la línea de producción de la empresa INJACA.

3

CAPÍTULO III

MARCO TEÓRICO

3.1. POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD (PEAD) Por definición histórica el PEAD es el producto de la polimerización del etileno con

densidades de 0,940 g/cm3 y mayores, que incluye tanto homopolímeros como copolímeros con

alfa olefinas. Debido a la alta cristalinidad del PEAD y la diferencias en índices de refracción

entre sus fases cristalinas y amorfas, las películas hechas con este material son traslúcidas, con

una transparencia mucho menor a la que aporta el PEBD. Además, es muy buen aislante y por

eso es ampliamente utilizado en la industria del cableado. Este polímero resulta ser poco

permeable frente a compuestos orgánicos, en fase líquida o gaseosa. Su permeabilidad al agua y a

los gases inorgánicos es baja. Las características mecánicas del PEAD al igual que las de otros

polímeros semicristalinos, están relacionadas a un largo número de características primarias del

polímero. En general, los parámetros que tienen la mayor influencia sobre el comportamiento

mecánico del PEAD son: ramificaciones, peso molecular, cristalinidad, orientación y estructura

morfológica (1).

3.2. POLIETILENO LINEAL DE BAJA DENSIDAD (PELBD) El PELBD ha cambiado un poco el carácter de la industria del PE. Durante cincuenta

años, el PEBD había sido producido a presiones de hasta 345 MPa y temperaturas cercanas a los

300 ºC. Después de un tiempo, surgió nueva tecnología capaz de operar a presiones menores de 2

MPa y temperaturas cercanas a los 100 ºC, lo cual se impuso rápidamente como una manera más

barata de producir PEBD. El producto que surgió de este tipo de polimerización fue llamado

PELBD y tiene muchas ventajas con respecto a aquéllos fabricados mediante procesos a altas

presiones (1).

4

Posee densidades que están entre 0,915 y 0,970 g/cm3 y grados de cristalinidad entre 25-

75 %. Sus propiedades químicas, de permeabilidad y eléctricas, son similares a las del PEAD.

Igualmente, las propiedades mecánicas del PELBD dependen de una serie de características

moleculares y físicas del material. En cuanto a la fluencia, éste puede exhibir dos máximos

contiguos, que pueden originarse a la fluencia de distribuciones bimodales de poblaciones

lamelares o a una reorientación de los cristales una vez que se logra la primera fluencia. La

resistencia tensil es 30 a 50% mayor que en el PEBD. Los productos moldeados con PELBD son

un poco menos blanquecinos que los moldeados con PEAD.

El éxito del PELBD en el mercado se ha debido al mejoramiento en propiedades físicas

que éste ofrece con respecto al PEBD. La dureza y la resistencia han sido mejoradas en

aplicaciones que van, desde artículos de cocina y juguetes, hasta artículos de oficina e

industriales. Debido a que el PELBD posee mayores temperaturas de fusión que el PEBD, éste

puede ser utilizado en aplicaciones que impliquen mayores temperaturas durante el servicio.

Posee mayor dureza que el de baja densidad, lo cual permite el uso de partes más delgadas en

aplicaciones donde la dureza es importante.

Las superficies que se generan en los polietilenos son un poco cerosas, y no exhiben olor

ni sabor. Dependiendo del tipo de comonómero utilizado las piezas pueden pasar de tener una

consistencia flexible hasta ser tan rígidas que prácticamente no se deformen al aplicarles un

esfuerzo, aunque la máxima dureza que pueden exhibir está un poco por debajo de la que

presenta las muestras de PEAD menos rígidas (1,2).

En resumen, la relación entre el cambio en las diversas propiedades de los polietilenos y

su densidad (Tabla 3.1), puede servir para tener una idea de las diferencias que se presentan entre

el PEAD, PEBD y PELBD, y de que podría ocurrir cuando se mezclan dos o más polietilenos.

5

6

Tabla 3.1. Cambios en las propiedades del Polietileno con la densidad. El sentido de la flecha indica la dirección en la que aumentan las propiedades (3).

Densidad Propiedad 0,910 0,965

Punto de reblandecimiento Esfuerzo de fluencia Esfuerzo de Ruptura

Deformación de Ruptura Dureza

Contracción Resistencia al alabeo

Resistencia a la fragilización a bajas T. Resistencia a esfuerzos ambientales (ESCR)

Impermeabilidad a gases y líquidos Transparencia

Tiempo de ciclo de moldeo 3.3. MEZCLADO EN POLÍMEROS

El término mezclado implica la incorporación física de dos o más polímeros. Por ejemplo,

una mezcla común es la de PEBD y PELBD. Añadir este último puede mejorar la resistencia y la

elongación del PEBD, haciendo posible producir artículos más delgados con propiedades

mecánicas iguales o mejores que productos gruesos hechos de PEBD.

El mezclado, por lo general, envuelve la plastificación en fundido o mezclado sólido de

un producto que viene de un reactor, al cual se agregan aditivos u otros polímeros. El equipo y

los parámetros de mezclado utilizados dependen de la magnitud de la operación requerida y las

propiedades finales que el producto requiere. Dos tipos de procesos se requieren para mezclar

Polietilenos y sus aditivos: Mezclado distributivo y dispersivo. El mezclado distributivo, es

esencial para homogeneizar el polímero y para distribuir los demás componentes de la mezcla

apropiadamente. El mezclado dispersivo, es esencial para aquellos aditivos y componentes que

tienden a formar aglomerados. Los vórtices de recirculación en el fundido producen mezclado

distributivo, mientras que los altos esfuerzos de corte que se generan entre los canales del tornillo

dan buen mezclado dispersivo.

7

En polimezclas de polietilenos, los componentes de la mezcla son seleccionados de tal

forma que el producto final se adapte a las propiedades requeridas. Los componentes varían en

cuanto a peso molecular, distribución de pesos moleculares, número y longitud de ramificaciones

cortas y largas. Este tipo de mezclas se utilizan en los mercados de películas, tuberías y

extrusión-soplado, cuando se quieren mejorar propiedades mecánicas, químicas, térmicas, ESCR,

etc. Para mezclar estos materiales se utilizan por lo general mezcladores distributivos y

distributivos-dispersivos (3).

3.3.1 Mezcladores distributivos (3,4) a) De tambor: son los más simples y comunes y están compuestos por uno o más tambores, que

rotan sobre un eje, causando el movimiento de las partículas de un lugar a otro (Figura 3.1 (a)). El

principio que se observa en estos artefactos, es el de mezclado gravitacional, por lo que generan

segregación en las mezclas de materiales con distintos tamaños de partículas.

b) Conectivos: por lo general, en este tipo de mezcladores, un rotor gira alrededor de un eje,

moviendo partículas de un lugar a otro. En este caso, el mezclado gravitacional pierde efecto.

Cuando se utilizan mezcladores de tipo orbital (Figura 3.1 (b)), se genera mejor mezclado

distributivo que en un tambor, debido a que el tornillo sin fin distribuye el material de manera

uniforme a lo largo del eje sobre el cual gira.

(a) (b)

Figura 3.1. Mezcladores distributivos: (a) De tambor y (b) Conectivo.

8

3.3.2. Mezcladores distributivos-dispersivos (3,4) a) Extrusoras monotornillo: las plantas que no trabajan con altos volúmenes de producción,

utilizan por lo general una extrusora monotornillo con un cabezal para espaguetis, un baño de

enfriamiento y un granulador. La extrusora es uno de los elementos que mezclan en estado

fundido, ya que la integración de los componentes se da en una vez que el polímero se funde. En

este caso, se genera un buen mezclado dispersivo debido a los altos esfuerzos de corte que se

generan entre el tornillo y el barril; además el mezclado distributivo puede llegar a ser bueno si se

mezcla primero en cualquiera de los mezcladores mencionados anteriormente. El mezclado

dispersivo, puede ser aún mejor, si se integran al tornillo elementos de mezclado aumenten la

fricción generada.

b) Mezcladores Internos: los productores de mezclas de polietilenos que trabajan con grandes

volúmenes, utilizan mezcladores intensivos como el Banbury para homogeneizar y dispersar los

componentes de dichas mezclas. Esta máquina consta de dos rotores que giran en direcciones

opuestas, cada uno sobre su eje, y genera mezclado axial, radial y tangencial en la mayoría de sus

zonas, lo cual genera una buena distribución, que viene acompañada de la excelente dispersión

que se produce por la fricción que existe entre los rotores y las paredes del Banbury en el

momento en que ocurre el mezclado. Además, este aparato está provisto de un pistón que genera

una presión extra, útil para mejorar aún más la incorporación de los elementos de la mezcla.

c) Mezcladores Continuos: Se utilizan para volúmenes de producción muy altos y constan de

una combinación entre un mezclador interno y una extrusora, por lo cual los mecanismos de

distribución y dispersión que se generan mediante este método son el resultado de la combinación

de los que se presentan en ambos equipos.

d) Extrusoras doble tornillo: este tipo de extrusoras, como su nombre lo indica, poseen dos

tornillos alineados de manera paralela dentro de un solo barril con una sección transversal que

tiene forma de ocho. Proveen esfuerzos de corte intensivos, lo cual es ideal a la hora de

incorporar pigmentos y aditivos. Éstas se dividen en dos categorías: co-rotantes y las contra-

rotantes, dependiendo de la dirección en que giren los tornillos. Además, estos tornillos pueden

9

estar conjugados o no conjugados dependiendo de la aplicación y poseen algunas secciones

removibles e intercambiables dependiendo del objetivo que se busque. Por lo general, cuando se

requiere una alta producción, un buen mezclado distributivo y acción auto limpiante se utilizan

las extrusoras doble tornillo co-rotantes; mientras que si se requiere un buen mezclado dispersivo,

volatilización de solventes y buena fusión se utilizan las contra-rotantes.

3.3.3 Otros métodos (3)

Cuando se habla de mezclas multicomponentes de PE los métodos anteriores son los que

se utilizan comúnmente en la industria, pero cuando se requieren mejoras complejas y específicas

en algún material y éstas no se pueden llevar a cabo mediante los métodos antes mencionados, se

puede recurrir a tres tipos de métodos: Los dos primeros consisten en reacciones que se llevan a

cabo en reactores en serie o en paralelo, aunque éstos tienen como desventaja el hecho de que es

difícil balancear las velocidades de producción en cada reactor, por lo cual se generan altas tasas

de desechos. El tercer método tiene que ver con la utilización de un catalizador bifuncional, y que

cada parte del mismo posea distinta reactividad. Este tiene como ventaja que el producto final es

más homogéneo que en los dos casos anteriores, aunque por ser similar a éstos, se pueden

presentar los mismos inconvenientes. Es importante resaltar que el mezclado convencional (en

extrusora), es el método más versátil y fácil de utilizar y presenta una ventaja sobre los otros tres,

y es que aquí se genera un control más exacto de las proporciones de material en la mezcla.

3.4. PROCESO DE MANUFACTURA: EXTRUSIÓN-SOPLADO El proceso de extrusión-soplado, puede definirse como aquél donde se obtienen cuerpos

huecos con el empleo de un gas, que por lo general es aire, para expandir una preforma de

plástico fundido dentro de un molde. Las etapas básicas del proceso son:

a) Fundido o plastificación de la resina y transporte del fundido.

b) Formación de la preforma o parison.

c) Soplado, moldeo y enfriamiento del parison para la obtención del producto final.

10

Este proceso se efectúa en una máquina de extrusión-soplado, que por lo general está

provista por los siguientes elementos (5-10):

3.4.1. Extrusora: se utilizan extrusoras monotornillo, por ser baratas, de fácil mantenimiento y

tener estructura simple. Estas poseen los componentes básicos de una extrusora convencional:

una tolva de alimentación, un cilindro o barril y el tornillo (Figura 3.2).

Figura 3.2. Extrusora (10).

3.4.2. Cabezal: los cabezales y boquillas son los responsables de la formación del párison y por

esta razón hay que tomar en consideración ciertos factores a la hora de diseñarlos, como es el

caso de las propiedades reológicas del polímero a procesar, la velocidad de producción requerida,

el espesor y peso del artículo a producir, la sensibilidad de la resina a la degradación térmica o

por cizalla y el costo.

3.4.3. Boquilla: es el elemento sobre el cual recae la forma final de la preforma. Existen dos tipos

de boquillas: El primer tipo se denomina convergente, y se emplea en la fabricación de cuerpos

huecos de poco tamaño o peso. Debido a que se controla mejor al espesor, mediante ellas se

genera menor hinchamiento (Figura 3.3 (a)). El segundo tipo se denomina divergente, y se

emplean cuando se requiere moldear cuerpos huecos de gran tamaño, ya que por la geometría que

poseen, hacen que la salida del párison tenga forma de campana (Figura 3.3 (b)). Este tipo de

boquillas producen mayor hinchamiento, lo cual genera menor control en el espesor de preforma.

Sistema post-extrusión

Termocupla Bandas de calentamiento

Tornillo Motor

Tolva

Barril Chaqueta de

enfriamiento de la tolva

Plato rompedor

Acople

Paquete de mallas

11

(a) (b)

Figura 3.3. Boquillas. (a) Convergente y (b) Divergente (10).

3.4.4. Estación de pre-soplado y soplado: El pre-soplado es una etapa opcional y la acción es

realizada por el pin de soplado, y sirve para que el párison no colapse antes de que sea atrapado

por el molde o para que comience su ensanchamiento para el soplado final. En el primer caso, el

pin que se utiliza se encuentra dentro de la boquilla mientras que en el segundo caso, el pin es un

elemento externo que acciona la expulsión de aire antes de que éste se acople al molde (Figura

3.4). La acción de soplado es realizada por el pin de soplado para expandir el polímero fundido

contra el molde y así copiar su forma y detalles.

Figura 3.4. Diagrama de pre-soplado (10).

3.4.5. Controlador de Párison: la utilización de esta función es opcional, y tiene una gran

importancia desde el punto de vista tecnoeconómico, debido a que permite establecer una

dependencia entre las propiedades finales del producto y la cantidad de polímero utilizada en el

proceso. El principal objetivo del control de espesores de párison, consiste en asignar a cada zona

del envase el espesor mínimo que requiere para ejercer su función (Figura 3.5). En la mayoría de

los envases soplados las zonas más críticas tienden a ser el cuello y el fondo del mismo.

Torpedo

Boquilla

12

Figura 3.5. Diagrama de párison con espesores controlados (10). 3.4.6. Sistemas de cierre: son los que se encargan de sostener y mantener las partes del molde,

mantienen el ciclo de apertura y cierre del molde durante el proceso y sostienen el molde cerrado

en oposición a la presión de aire soplado.

3.4.7. Molde: el molde es la pieza que le imparte la forma deseada al plástico fundido y lo enfría

para generar la forma final; además es el que brinda la apariencia superficial del artículo. Son

fabricados utilizando materiales como: Aluminio, Acero, Aleaciones Cobre- Berilio y hierro

colado y constan de cuatro partes principales: la cavidad (Figura 3.6), los canales de venteo o

desgasificación o respiraderos (Figura 3.7) y el sistema de enfriamiento (Figura 3.8).

Figura 3.6. Cavidad de un molde de soplado (10).

Figura 3.7. Diagrama de los canales de venteo (10).

Boquilla

Molde

Cuello

Cuerpo

Fondo

13

Figura 3.8. Diagrama del sistema de enfriamiento de un molde de soplado (10). 3.4.8. Sistema de corte: Es el encargado de separar el párison de la boquilla. Se distinguen 4

tipos: cortadora de pasada (Figura 3.9), cortadora de golpe (Figura 3.10), cortadora de fusión

(Figura 3.11) y cortadora de cizalla de párison en frío (Figura 3.12).

Figura 3.9. Cortadora de pasada (10).

Figura 3.10. Cortadora de golpe (10).

Figura 3.11. Cortadora de fusión (10). Figura 3.12. Cortadora de cizalla de párison frío (10). 3.5. DEFECTOS DE MOLDEO MÁS COMUNES En lo que respecta a la mayoría de los defectos relacionados con los productos soplados,

el ajuste de las condiciones de proceso y de máquina suelen ser una herramienta fundamental

para atacarlos (Tabla 3.2).

Entrada

Entrada Salida

Salida

Canales Independientes

Vista de una mitad del molde

14

Tabla 3.2. Defectos más comunes que se presentan en el proceso de extrusión soplado junto con algunas de sus posibles soluciones (7, 11, 12).

Defecto Posibles soluciones Mala calidad del fundido Verificar funcionamiento de las resistencias.

Aumentar las temperaturas en las últimas zonas. Realizar mantenimiento al equipo.

Baja productividad

Verificar que las temperaturas en la zona de alimentación sean bajas.

Corregir perfil de temperaturas. Verificar si el equipo se ha desgastado. Disminuir número de filtros, colocar filtros más gruesos o

remplazar los filtros. Desgarre en las líneas de soldadura del envase

Comenzar el soplado con una baja presión y luego ir aumentando gradualmente.

Alinear moldes. Utilizar un parison más largo. Verificar el conjunto de resistencias en la última zona de la

extrusora y en el cabezal. Soplado incompleto

Aumentar la velocidad del tornillo. Aumentar tiempo de soplado. Aumentar la presión de soplado. Verificar perfil de temperaturas en el cabezal.

Hinchamiento excesivo del párison

Aumentar la temperatura del fundido. Disminuir la velocidad de extrusión. Disminuir la abertura de la boquilla.

Contracción excesiva Disminuir la temperatura del molde. Disminuir la temperatura del material. Aumentar la presión de aire.

Alabeo del párison Calibrar la boquilla. Aumentar la temperatura del cabezal.

Poros en el extrudado

Secar el material. Verificar perfil de temperaturas. Aumentar la presión de extrusión. Disminuir la velocidad del tornillo. Purgar la extrusora.

Piel de naranja y fractura en el fundido

Ajustar la calefacción de la boquilla. Aumentar la temperatura del fundido. Verificar el centrado de la boquilla. Disminuir la velocidad de extrusión.

Alto peso de la pieza Aumentar la temperatura del fundido. Disminuir velocidad de extrusión. Disminuir abertura de la boquilla.

Espesor de pared no uniforme

Ajustar concentricidad de la boquilla. Verificar sistema regular de temperatura en cabezal y

boquilla. Ajustar la posición del pin de soplado.

Hombros de los envases débiles Disminuir la temperatura del fundido. Aumentar la presión de retroceso.

Difícil separación de las rebabas del cuello

Afilar o reemplazar el anillo de cortado. Disminuir temperatura en la última zona del cabezal.

15

Tabla 3.2. Continuación…

3.6. ANTECEDENTES

Aunque el volumen de producción de nuevos polímeros que han alcanzado interés

comercial en los últimos años ha sido relativamente pequeño, el desarrollo de mezclas de

polímeros ha tenido gran alcance. En el caso de las poliolefinas, son amplias las bases que

permiten decir que muchas propiedades físicas y de procesamiento pueden mejorarse mediante la

utilización de dichas mezclas (13,14).

Expertos en el área de poliolefinas han estudiado profundamente la miscibilidad entre el

PEAD y el PELBD, tanto en los casos en que se emplean catalizadores Ziegler- Natta en la

síntesis como en los que se utilizan metalocénicos. La mayoría de las conclusiones se basan en

los estudios mecánicos, térmicos y morfológicos utilizando una amplia gama de ensayos entre los

cuales se encuentran: Reometría Capilar, Calorimetría Diferencial de Barrido, Microscopía

Electrónica, Ensayos de tracción, Columna de Gradiente de Densidades, WAXS y SAXS.

Defecto Posibles soluciones La pieza adherida al molde

Mejorar el sistema de enfriamiento del molde. Disminuir la temperatura del molde. Disminuir presión de soplado. Aumentar el tiempo de ciclo.

Pobre definición en la pieza

Aumentar la presión de soplado. Aumentar el tiempo de soplado. Aumentar la temperatura en la última zona del cabezal.

Puntos negros en la pieza

Purgar la extrusora. Verificar el correcto acople del cabezal. Verificar el sistema regulador de temperatura en la zona de

dosificación y en el cabezal. Parison estirado

Utilizar un material de menor índice de fluidez. Disminuir la temperatura del fundido. Aumentar la velocidad del tornillo.

Presencia de geles

Bajar la temperatura del barril. Colocación y limpieza de filtros.

Rayas en el parison Verificar perfil de temperatura. Limpiar el cabezal. Reparar boquilla.

16

Rana (15), estudió las características morfológicas y las propiedades tensiles de mezclas

binarias de PEAD y PELBD (en porcentajes de 0 a 100 % de cada uno de los componentes)

mezclados mediante una extrusora monotornillo. En su estudio encontró, que en mezclas con

contenidos de 10 al 90% de PELBD, las propiedades mecánicas se mantuvieron casi constantes

con respecto al PEAD; además, los espectros de DSC de cada una de ellas manifestaron un pico

de fusión y cristalización singlete lo cual era evidencia de la cocristalización entre ambos

componentes. Por último, al estudiar los espectros obtenidos mediante difracción de rayos X,

observó que los cristales de ambos materiales eran muy similares, y por esta razón, las

propiedades mecánicas siguieron el comportamiento antes descrito.

Liu y colaboradores (16), analizaron la miscibilidad de mezclas m-PELBD (metalocénico)/

m-PEAD y m-PELBD/PEBD (en porcentajes de 0 a 100 % de cada uno de los componentes)

mediante dos métodos: reometría dinámica a 160, 180 y 200 ºC y calorimetría diferencial de

barrido. En cuanto a parámetros reológicos, encontraron que la mayoría de éstos seguían la ley de

aditividad de las mezclas para el sistema m-PELBD/m-PEAD, lo cual fue uno de los indicios de

miscibilidad entre componentes. En el caso de las mezclas m-PELBD/PEBD ocurrió lo contrario.

Las curvas de DSC de las mezclas de PEAD mostraron singletes en los picos característicos tanto

en la fusión como en la cristalización, lo cual reafirmó la miscibilidad de ambos componentes

tanto en fundido como en el estado sólido; mientras que las mezclas que contenían PEBD

mostraron dos picos tanto en los termogramas de fusión como en los de cristalización, por lo

cual los autores terminaron de demostrar que el sistema era inmiscible en estado sólido y en

fundido.

Cho y colaboradores (13), estudiaron la reología del fundido y las propiedades mecánicas

de las mezclas PELBD/PEBD, PEAD/PEBD y PEAD/PELBD (en los intervalos 0-100 % de cada

uno de los componentes) realizadas en una extrusora doble tornillo. Para ello, realizaron ensayos

de reometría capilar, de reometría dinámica, de tracción y DSC. A través de las viscosidades

complejas y gráficos Cole-Cole determinaron que las tres mezclas eran miscibles en el fundido

aunque las de PELBD/PEBD y las de PEAD/PEBD mostraron dos picos de cristalización y de

fundido, lo cual indicó la formación de dos fases durante el enfriamiento. En cuanto a

propiedades mecánicas, obtuvieron que las únicas mezclas que se apegaron a la ley de aditividad

17

de las mezclas, fueron las de PELBD/PEAD, porque en las de PELBD/PEBD las propiedades

fueron mayores que las calculadas mediante dicha ley, mientras que en las de PEAD/PEBD éstas

mostraron una disminución.

Con la finalidad de estudiar el efecto del tipo de mezclado en la calidad de las mezclas

PEAD/PELBD, Hay y colaboradores (14), utilizaron una extrusora doble tornillo, un mezclador de

rodillos y una técnica de precipitación mediante solución, para obtener mezclas de los polímeros

antes mencionados, en rangos de 0 a 100% de cada uno de los componentes. Para medir la

miscibilidad y la eficiencia del mezclado utilizaron espectroscopía IR, DSC, WAXS, y

propiedades mecánicas. En líneas generales, obtuvieron que al mezclar los dos polímeros en la

extrusora doble tornillo ambos eran bastante compatibles; mientras que al mezclarlos mediante

las otras dos técnicas, el resultado final no fue tan efectivo; por experimentar una notable

disminución en lo que respecta a cristalinidad, puntos de fusión, esfuerzo de fluencia y

deformación de ruptura. Por último, obtuvieron que mediante la técnica de precipitación las

velocidades de cristalización aumentaron considerablemente como consecuencia de la alta

densidad de nucleación que presentaron estas muestras.

Gupta y colaboradores (17), estudiaron la cristalización de mezclas PEAD/ PELBD

preparadas utilizando una extrusora monotornillo en todo el rango de proporciones de mezclado.

Para ello, utilizaron DSC y difracción de rayos X. Los resultados reflejaron cocristalización en

todo el rango de composiciones de mezcla, tanto en los picos de fusión y cristalización, como en

los obtenidos mediante difracción de rayos X. Además, encontraron que el efecto del PELBD en

la cristalización del PEAD es bastante pronunciado en la mezcla 10/90 (PELBD/PEAD), en la

cual la velocidad de cristalización es mucho mayor a la del PEAD solo.

Con el fin de estudiar lo relacionado al aspecto práctico del uso de este tipo de mezclas

más que al científico, Chi-Ying (18) estudió las relaciones que existen entre el índice de fluidez, la

densidad y la composición de mezclas de distintos tipos de Polietilenos. En sus resultados obtuvo

que los MFI de las mezclas mostraron una caída exponencial característica de acuerdo al

porcentaje del componente base de la mezcla. Además demostró, que esta caída exponencial se

18

ajustaba bastante bien a la ley de Arrhenius de viscosidades y por último, encontró que las

densidades se ajustaron bastante bien a la ley aditiva de las mezclas.

Barrios (19) estudió las propiedades tensiles de mezclas PEBD/PEAD y PELBD/PEAD,

ricas en polietileno ramificado, para dos condiciones de enfriamiento distintas. En sus resultados

obtuvo, que para ambas mezclas: (a) el enfriamiento rápido desde el fundido promovía la

cocristalización entre ambos componentes, y (b) que un aumento del contenido de PEAD,

produjo el aumento de la cristalinidad, el Módulo elástico y el esfuerzo de fluencia de los

materiales resultantes; aunque cuando las diferencias de cristalinidad eran leves, ambos

parámetros se podían relacionar con la distribución de espesores lamelares.

3.6. JUSTIFICACIÓN El mezclado en polímeros provee, por lo general, una alteración de las propiedades finales

del producto moldeado. En un sistema binario, las propiedades mecánicas de las mezclas

generalmente varían dentro del rango de propiedades de los polímeros puros (ley de aditividad de

las mezclas); aunque muchas veces es común encontrar resultados o aún mejores de los esperados

(sinergismo) o peores (antagonismo).

Específicamente hablando de mezclas de polietilenos, el PELBD usualmente se agrega al

PEAD con la finalidad de mejorar la flexibilidad del producto final, reducir la presión de

retroceso de la extrusora y aumentar el caudal o la producción; además, éste posee mayor

resistencia a la exposición al medio ambiente, al cizallamiento y mejores propiedades térmicas

que el polietileno de alta densidad, aún cuando este último presenta mayor dureza, y superior

resistencia a la fluencia y en el fundido. Un aspecto importante de este tipo de mezclas, es que

para alcanzar las propiedades deseadas, se deben seleccionar los componentes y las proporciones

más adecuadas, ya que de no ser así, se puede generar un efecto antagónico sobre las propiedades

que en principio se querían mejorar. (3, 20)

Siguiendo el esquema de lo expuesto anteriormente, el objetivo principal de este trabajo

se basó en la utilización de mezclas PEAD/PELBD en proporciones: 90/10, 80/20 y 70/30

19

respectivamente, para optimizar las propiedades físicas de los envases de aceite CARK- OIL, con

la finalidad de disminuir su peso y de esta manera reducir los costos de producción en la empresa.

CAPÍTULO IV

METODOLOGÍA 4.1. CAPACITACIÓN EN EL PROCESO DE SOPLADO Y ESCOGENCIA DEL

PROBLEMA A ATACAR

El objetivo fundamental de esta etapa fue conocer lo que es el proceso de soplado y las

distintas variantes del mismo que se manejan dentro de INJACA. También se determinó que la

escogencia del producto debía basarse en la continuidad con que éste se fabricara, es decir, en el

tiempo que durará montado el molde en la máquina de soplado al año. Aunado a esto, la empresa

manifestó que uno de los productos de mayor potencial para desarrollar un proyecto era el envase

de aceite CARK-OIL (Figura 4.1); y que hace algún tiempo se trató de disminuir su peso en 5 g

aproximadamente, pero los envases presentaron ruptura mediante compresión durante el

apilamiento y mediante impacto al estar llenos de aceite y hacerlos caer desde cierta altura.

(a) (b)

Figura 4.1. (a) Cara frontal y (b) Cara trasera del envase para aceite CARK-OIL.

20

Por esta razón, después de un corto estudio, se propuso desarrollar una mezcla de

materiales, más específicamente de PEAD, que era el material con que se habían venido

moldeando los envases hasta el momento, y PELBD, ya que de esta manera, podía llegar a

fabricarse un producto más flexible, que pudiese soportar cargas de compresión y solicitaciones

de impacto sin romperse.

4.2. ENVASE DE ACEITE CARK-OIL 0,946 L. Después de seleccionar el producto, se procedió a reunir la mayor cantidad posible de

datos y especificaciones inherentes al mismo. La primera parte consistió en recopilar las

especificaciones de la materia prima utilizada en la manufactura de los envases. El polímero

utilizado es PEAD Venelene 6200 B, suministrado por Coramer (Tabla 4.1) dosificado con 2 %

de Masterbatch Amarillo Spectra SM 1065, suministrado por Spectra (Tabla 4.2). Posteriormente,

se reunieron las especificaciones (Tablas 4.3 a 4.5) y el plano del envase con algunas de las

dimensiones comúnmente medidas (Figura 4.2).

Tabla 4.1. Especificaciones del PEAD Venelene 6200B (21). Propiedades ASTM Unidades Valores

Índice de fluidez (190ºC 2,16 Kg.) D 1238 dg/min 0,40 Densidad D 792 g/cm3 0,9580

Esfuerzo de fluencia en tensión D 638 MPa 28 Deformación en fluencia D 638 % 26

Esfuerzo de ruptura en tensión D 638 MPa > 1200 Deformación hasta ruptura D 638 % 270

Resistencia al impacto Gardner D 5420 KJ/m 15 ESCR (F 50/ 10 % Igepal) D 1693 horas > 400

Tabla 4.2. Especificaciones del MB Amarillo Spectra SM- 1065 (22).

Propiedad Valores T mínima de reproceso 150 (ºC)

Estabilidad térmica 210 (ºC) Punto de fusión 120 (ºC)

Resina base PEAD Índice de fluidez 21-23 (g/10 min)

Aplicación Inyección- Extrusión-Soplado Dosificación 2%

21

22

Tabla 4.3. Requisitos Específicos del producto. Material Pigmento Peso (g) Sobrellenado (cm3) Capacidad nominal (cm3)

PEAD Amarillo 45 ± 2 1046 ± 10 1040 ± 10

Tabla 4.4. Dimensiones Generales del producto. Espesor Pared circunferencial (mm) Altura Total (mm) Altura Base de cuello (mm)

0,8 ± 0,1 219 ± 1 208 ± 1

Tabla 4.5. Dimensiones del Cuello del producto. T(mm) E(mm) I(mm) H(mm)

31,5 ± 0,3 29,6 ± 0,3 26,1 ± 0,3 11,0 ± 0,3

Donde: T: Diámetro externo con rosca; E: Diámetro externo sin rosca; I: Diámetro

interno y H: Altura del cuello (Figura 4.2). Las tolerancias corresponden a los límites de

especificación definidos entre el cliente y el productor.

Figura 4.2. Planos de envase de aceite CARK-OIL 0,946 L. Unidades: (mm).

En cuanto a la máquina utilizada para moldear este producto, es conveniente destacar que

no es sólo una, porque muchas veces se utilizan máquinas grandes con dos moldes

multicavidades, y otras veces, se utilizan máquinas más pequeñas con un molde de una cavidad.

Al momento de iniciar el proyecto, el molde estaba montado en la máquina # 6 de soplado, que

corresponde al modelo BEKUM BAE 01 S531 (Figura 4.3). Sus características y

especificaciones más resaltantes se muestran en la Tabla 4.6.

219

208

29,6

31,5

23

Tabla 4.6. Características más resaltantes de la

máquina de extrusión soplado utilizada (23). Características Valores

D tornillo (mm) 50 L/D tornillo 20 Q (Kg./h) 33

# de cabezales 1-2 Φ Parison (mm) 55-120

# de estaciones 1 Rango de r.p.m. del tornillos 16- 100

Potencia de calefacción (KW) 7,9

Figura 4.3. Máquina BEKUM BAE 01 S531.

Seguidamente, se obtuvieron las especificaciones del PELBD utilizado (Venelene 11F1),

que a pesar de ser un grado para extrusión de película tubular, sirve para fabricar algunos de los

envases soplados en la empresa (Tabla 4.7).

Tabla 4.7. Especificaciones del PELBD Venelene 11F1 (24).

Propiedades ASTM Unidades DE DT General Índice de fluidez (190ºC 2,16 Kg.) D 1238 dg/min - - 0,80

Densidad D 792 g/cm3 - - 0,9190 Tenacidad D 882 MPa 120 140 -

Esfuerzo en ruptura D 882 MPa 36 34 - Deformación en ruptura D 882 % 730 750 - Resistencia al impacto D 1709 KJ/m - - 28

4.3. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Esta etapa se llevó a cabo después de recopilar la información acerca del envase a estudiar

y de los productos a utilizar; ésta constó de dos etapas básicas. La primera, llevada a cabo en la

biblioteca de la USB, en la cual se recolectaron libros de materiales y procesamiento de plásticos;

y pasantías y tesis acerca de mezclado en polietilenos, y extrusión soplado de envases. La

segunda etapa, llevada a cabo en la biblioteca del IVIC, consistió en la revisión bibliográfica de

artículos científicos relacionados con el mezclado de polietileno.

Unidad de control

Extrusora

24

4.4. ENSAYOS DE LABORATORIO Esta fase tenía como objetivo utilizar la información brindada por los ensayos de

laboratorio, como uno de los argumentos para poder descartar las mezclas ineficientes, tomando

en cuenta el planteamiento principal del proyecto, antes de iniciar una producción a pequeña

escala. Ésta constó de tres etapas principales: (a) Preparación de las mezclas en el mezclador

orbital, la cual se completó en las instalaciones de la empresa INJACA, (b) mezclado en el

fundido utilizando una extrusora doble tornillo y (c) ensayos físicos. Las últimas 2 etapas, fueron

desarrolladas dentro de las instalaciones de la Sección de Polímeros del Laboratorio E dentro de

la USB.

4.4.1. Preparación de las formulaciones en el mezclador orbital

En primer lugar, se establecieron las proporciones de las mezclas PEAD/PELBD con las

cuales se deseaba trabajar (90/10, 80/20 y 70/30). Posteriormente, se acordó utilizar un poco más

de 10 Kg de cada una de las mezclas para realizar los ensayos pertinentes. El primer paso, fue

pesar las cantidades respectivas de PEAD y PELBD puros y las correspondientes a cada una de

las mezclas en una balanza Toledo con apreciación de 0,1 Kg (Tabla 4.8). Posteriormente, se

introdujo cada una de las mezclas en un mezclador orbital LM de Industri-Teknik (Figura 4.4)

durante 5 minutos cada una, con el fin de obtener un mezclado físico en estado sólido, para luego

introducirlas en sacos previamente identificados.

Tabla 4.8. Cantidad de material empleada en las pruebas de laboratorio. Material Masa 6200B (Kg.) Masa 11F1 (Kg.)

PEAD 2,1 - 90/10 9,0 1,0 80/20 8,0 2,0 70/30 7,0 3,0

PELBD - 2,2

25

Figura 4.4. Mezclador orbital utilizado en durante el mezclado.

4.4.2. Mezclado en el fundido Con la finalidad de lograr un buen mezclado distributivo y dispersivo antes de procesar

las mezclas en la empresa, cada una de ellas fue mezclada en una extrusora dobletornillo co-

rotante marca Berstorff/ECS 25 (Figura 4.5), utilizando condiciones similares (Tablas 4.9 y 4.10).

Los filamentos obtenidos, pasaron por un baño de agua que se encontraba a temperatura

ambiente, y luego fueron pasados a través de un granulador marca Berlyn. Posteriormente, cada

mezcla se introdujo en su respectivo saco original.

Figura 4.5. Extrusora doble tornillo, baño de agua y granulador.

Tabla 4.9. Perfil de temperaturas registrado durante la extrusión de las mezclas. Zona 1 * Zona 2 Zona 3 Zona 4 Zona 5 Zona 6 Zona 7 Zona 8 * 194 (ºC) 188 (ºC) 209 (ºC) 220 (ºC) 223 (ºC) 219 (ºC) 215 (ºC) 221 (ºC)

* Zona 1 corresponde a la tolva y Zona 8 al cabezal

26

Tabla 4.10. Parámetros de extrusión registrados durante el mezclado. Variable Mezcla 90/10 Mezcla 80/20 Mezcla 70/30

Temperatura fundido (ºC) 224.4 ± 0.1 219.1 ± 0.1 215.0 ± 0.1 Frecuencia de giro de tornillo (r.p.m.) 150 150 150

Caída de Presión fundido (p.s.i.) 1670-1700 1870 1830 Corriente (A) 30 30 30

Consumo de energía (Kw.) 1392 - 1400 1392 - 1400 1392 - 1400

4.4.3. Ensayos físicos a) Moldeo por compresión: el primer paso realizado previo a los ensayos fue el moldeo de

placas de cada mezcla y de los materiales vírgenes, utilizando la técnica de moldeo por

compresión. Para ello fue necesario el uso de una prensa marca Carver modelo # 3912 (Figura

4.6).

Figura 4.6. Prensa Carver modelo # 3912

Primeramente, se encendió la prensa para que llegara a una temperatura de 200 ± 1 ºC.

Una vez alcanzada esta temperatura, se procedió a forrar dos plaquitas metálicas con papel

aluminio, y en una de ellas se fijó un marco metálico dentro del cual se colocó el material

proveniente de las mezclas o de las resinas vírgenes, según fuese el caso. Las condiciones

utilizadas para evitar la presencia de burbujas, material sin fundir y material degradado, se

muestran en la Tabla 4.11. Entre P1 y P2 se desgasificó la prensa. Finalmente, se llevó a cabo el

enfriamiento brusco en un baño de agua fría, el desmoldeo de las placas de polímero y el cambio

del papel aluminio y se procedió a repetir el procedimiento descrito anteriormente. Al final, se

27

moldearon dos placas correspondientes a cada mezcla, y dos placas de cada una de las resinas

vírgenes.

Tabla 4.11. Condiciones utilizadas para el moldeo de placas por compresión.

Presión Valor (Ton.) Tiempo de aplicación (seg.) P1 1 30 P2 2 60

b) Medición del índice de fluidez (MFI): con la finalidad de determinar de manera cuantitativa

la variación en la fluidez de la mezcla al modificar las proporciones de mezclado, se procedió a la

medición del MFI de cada una de ellas, y de las resinas vírgenes. El procedimiento se llevó a

cabo utilizando un Plastómetro Davenport Modelo 3/80 (Figura 4.7), siguiendo los pasos que

indica la norma ASTM D 1238 (25) para la obtención y el procesamiento de los datos obtenidos.

En el caso del PE, la norma estipula la utilización de una temperatura de 190 ºC y un peso de 2,16

Kg. Primeramente, se fijó una temperatura de 190 ºC y se esperó a que el barril estuviese a dicha

temperatura. Luego se pesaron 2,8 g de material y se cargaron en el plastómetro. Posteriormente,

se esperó aproximadamente 6 min. mientras el material se fundía y compactaba con la ayuda del

pistón y su soporte; y pasado este tiempo se retiró dicho soporte para empezar la prueba. La

muestra fue tomada entre las ranuras del pistón, con la ayuda de una pequeña espátula; y

seguidamente se pesó en una balanza marca Ohaus modelo Adventurer con apreciación de 0,001

g. Cada vez que se cargaba el plastómetro se tomaba una sola medida, y por cada material se

recolectaron 3 muestras. El tiempo utilizado para recolectar las medidas se determinó utilizando

el MFI teórico de los materiales; éste fue de 6 min. Posteriormente, se calcularon los MFI

utilizando un factor de conversión de 1,67 según lo indica la norma, y se promediaron las tres

medidas.

28

Figura 4.7. Plastómetro Davenport modelo 3/80.

c) Obtención de las probetas para los ensayos de tracción: las probetas de tracción se

obtuvieron troquelando las placas de material obtenidas mediante compresión, hasta obtener 5

probetas de tracción tipo IV (Figura 4.8 y Tabla 4.12). Seguidamente se identificaron de acuerdo

al material que se estaba utilizando y al número de la probeta, y por último, se procedió a medir

el espesor y el ancho en tres zonas de cada probeta con la ayuda de un vernier electrónico marca

Mitutoyo, con apreciación de 0,01 mm. para luego promediarlos.

Tabla 4.12. Dimensiones correspondientes a la probeta Tipo IV (26).

Dimensión Medida (mm) W 6 L 33

WO 19 LO 115 G 25 D 65 R 14

RO 25

Figura 4.8. Esquema de la probeta Tipo IV(25). d) Ensayos de tracción: estos fueron realizados utilizando una máquina marca LLoyd

Instruments modelo EZ test 20, con una celda de carga de 100 N (Figura 4.9), siguiendo el

procedimiento estipulado en la norma ASTM D 638-02 a (26). Los ensayos se llevaron a cabo a

Pistón Barril

Peso

29

temperatura ambiente, a una velocidad de deformación de 50 mm/min. Finalmente, se obtuvieron

las curvas de tracción con sus parámetros característicos, mediante el uso del programa PTCHAR

6.0. Para llevar a cabo esta etapa, fue necesario esperar un tiempo de 48 horas después de

moldeadas las placas.

Figura 4.9. Máquina de ensayos universales EZ test 20.

e) Medición de densidad: para determinar la densidad de las muestras, se procedió a cortar 3

pequeños trozos cuadrados de aproximadamente 3 cm x 3 cm, de cada uno de los materiales

provenientes de los restos de las placas moldeadas por compresión. Luego se taladró una pequeña

apertura en cada uno de ellos (Figura 4.10).

Figura 4.10. Diagrama de los cuadrados utilizados para medir densidad.

Seguidamente, se preparó un montaje como el descrito en la Figura 4.11 siguiendo con el

procedimiento planteado en la norma ASTM D 792-00 (27), el cual constaba de una balanza

Ohaus modelo Adventurer con apreciación de 0,001 g, un soporte metálico sobre el cual

descansaba la misma, un clip metálico sujeto al soporte inferior de la balanza a través del cual la

Mordazas

Celda de carga

Apertura taladrada

30

muestra quedaría fija, y un beaker con agua a 23 ºC, dentro del cual iría el cuadrado.

Primeramente, se pesaron los cuadritos solos, en el plato superior de la balanza. Luego se registró

el peso del clip sumergido, y por último, la masa de cada uno de los cuadritos inmersos en el

agua. Para calcular las densidades de los materiales, se utilizó con la ecuación de gravedad

específica (Ec. A.2), y se promediaron los valores obtenidos para cada uno.

Figura 4.11. Montaje utilizado para la medición de la densidad.

4.5. PRIMERA CORRIDA EN PLANTA Esta etapa se llevó a cabo dentro de las instalaciones de INJACA, utilizando la máquina

#6 de soplado. Constó de tres fases: Mezclado de las formulaciones, obtención de los envases y

mediciones.

4.5.1. Mezclado de las formulaciones Se estudiaron tres mezclas de PEAD/PELBD (90/10, 80/20 y 70/30). Nuevamente, fue

utilizado el mezclador orbital para formular cada una de las mezclas, pero a diferencia de la fase

4.4, aquí se dosificó la materia prima con un 2% de Masterbatch Amarillo Spectra SM- 1065

haciendo uso de una balanza Mettler PC 4000 con apreciación de 0,1 g.; siguiendo un

procedimiento similar al descrito en la sección 4.4.1. Las cantidades mezcladas se muestran en la

Clip

Base metálica

Cuadrado de muestra

Beaker con agua

31

Tabla 4.13. En las mezclas 80/20 y 70/30 llevadas a cabo en el fundido las cantidades mezcladas

son las mismas que muestra la Tabla 4.8. Durante esta etapa, se realizó la separación de la

materia prima utilizada en mezclas en el fundido (M. Fundido) y mezclas en estado sólido (M.

Sólido); por lo que cada saco fue debidamente identificado de acuerdo a la proporción

PEAD/PELBD y el tipo de mezclado utilizado. Es importante destacar que la mezcla 90/10 M.

Fundido no se menciona a lo largo del desarrollo del proyecto porque ésta se utilizó para una

prueba preliminar en la máquina #14 de INJACA, que es la que en principio se pensaba utilizar,

pero debido a problemas internos en la empresa, se tuvo que realizar un cambio de molde

repentino, y en consecuencia, el proyecto se tuvo que llevar a cabo en la máquina # 6, que es

mucho más pequeña que la #14, y presenta una tecnología mucho más desactualizada. Además, la

máquina #14 venía trabajando con dos moldes de 3 cavidades cada uno, mientras que el molde

utilizado en la máquina #6 era monocavidad. Por las razones expuestas anteriormente, no se

compararon los resultados obtenidos mediante ambas máquinas. Adicionalmente, durante esta

fase se procedió a identificar las bolsas en las cuales se iban a recolectar los envases

correspondientes a las mediciones que se realizarían posteriormente: Capacidad volumétrica a 0,

24 y 48 h., Dimensiones, Impacto y Compresión. También se acordó que se utilizarían 21 envases

para la determinación de la capacidad volumétrica (7 para cada tiempo de desmoldeo); 7 envases

para la determinación de las dimensiones, 20 envases para la medición de resistencia al impacto

por caída libre y 10 para medir resistencia a la compresión.

Tabla 4.13. Cantidades mezcladas para la primera corrida. Material 6200 B (Kg.) 11F1 (Kg.) MB (Kg.)

PEAD Virgen 25 - 0,5 90/10 M. Sólido 22,5 2,5 0,5 80/20 M. Sólido 20 5 0,5 70/30 M. Sólido 17,5 7,5 0,5 80/20 M. Fundido 9,7 0,194 70/30 M. Fundido 9,8 0,196

32

4.5.2. Obtención de los envases

Esta fase perseguía como objetivo principal la obtención de envases de 45 g

aproximadamente, para comparar sus propiedades con las de los envases de PEAD que por lo

general se producen a este peso. Ésta se llevó a cabo en la máquina # 6 de soplado BEKUM BAE

01 S531, utilizando condiciones similares en todos los casos (Tablas 4.14 a 4.16). Primeramente,

se procesó el PEAD, siguiéndole las mezclas 90/10 M. Sólido, 80/20 M. Sólido, 80/20 M.

Fundido, 70/30 M. Sólido y 70/30 M. Fundido. La frecuencia de giro del tornillo, se varió de

acuerdo a la fluidez de las mezclas. Al final del proceso, se recogió un saco debidamente

identificado de envases de cada material, cada uno con 60 unidades (Figura 4.12).

Posteriormente, cada envase se identificó de acuerdo a la proporción y tipo de mezclado y el

ensayo a realizar. Además, los destinados a ser utilizados en los ensayos de capacidad

volumétrica y dimensiones fueron identificados con un número debido al tipo de resultado

reportado en estos ensayos (Figura 4.13).

Tabla 4.14. Perfil de temperaturas reales registrado durante la primera corrida. Zona 1 *(ºC) Zona 2 (ºC) Zona 3 (ºC) Zona 4 (ºC) Zona 5 (ºC) Zona 6 *(ºC)

160 158 160 210 167 182 * Zona 1 corresponde a la tolva y Zona 6 al cabezal.

Tabla 4.15. Lista de tiempos que pueden variarse en la máquina. Tiempos Valores (s)

Cadenciómetro 10,00 Retardo del carro hacia arriba 0,10

Corte 0,30 Retardo del carro hacia abajo 0,25

Retardo mandril/soplado 0,20 tiempo de soplado 7,50 tiempo de parada 0,90

tiempo real promedio 10,60 ± 0,02

Tabla 4.16. Otras variables registradas durante la primera corrida. Variables Valores

Frecuencia de giro del tornillo (r.p.m.) 70- 75 Consumo de corriente (A) 22

Temperatura Molde (ºC) 20

33

Figura 4.12. Sacos de 60 envases debidamente

identificados. Figura 4.13.Identificación realizada a los envases de la

primera corrida. 4.5.3. Mediciones Las mediciones a realizar fueron seleccionadas siguiendo las especificaciones tomadas en

cuenta por el departamento de control de calidad. A continuación se enumeran estas mediciones.

a) Ensayo de medición de dimensiones: fue llevado a cabo a 0, 24 y 48 horas. Primero, se

midieron las dimensiones circunferenciales del cuello haciendo uso de un vernier electrónico

marca Mitutoyo con apreciación 0,01 mm. Éstas fueron los diámetros externos del cuello con y

sin rosca, y sus diámetros internos. Todos los diámetros fueron medidos dos veces, la primera a

lo largo del eje de las caras del envase y la segunda en las cercanías del eje de las líneas de

soldadura (perpendicular al eje anterior). Posteriormente, se midieron las alturas totales y las

alturas hasta la base del cuello, utilizando un Gramil marca Mitutoyo con apreciación de 0,01 mm

(Figura 4.14). Cada altura fue medida en dos puntos, el primero en una de las caras y el segundo

en las cercanías de una de las líneas de soldadura. Finalmente, se midieron los espesores del

envase, con la ayuda de un modulador de espesores Magnamike 8500 con apreciación de 0,001

mm. (Figura 4.15), a una altura aproximada de 60 mm desde la base, y en cuatro marcas distintas,

dos correspondientes a las caras del envase y dos a las adyacencias de ambas líneas de soldadura

(Figura 4.16).

34

Figura 4.14. Gramil Mitutoyo utilizado para la medición de las

alturas.

Figura 4.15. Modulador de espesores Magnamike 8500.

Figura 4.16. Puntos utilizados en la medición de espesores.

b) Medición de la capacidad volumétrica o volumen de sobrellenado: al igual que las

dimensiones, esta prueba se realizó a 0, 24 y 48 horas. Primeramente, se pesaron los envases

vacíos utilizando una balanza marcas Ohaus modelo Navigator con apreciación de 0,1 gr.

Posteriormente, fueron llenados de agua hasta llegar al sobrellenado y se volvieron a pesar.

Finalmente, se calculó la capacidad volumétrica para cada envase (Ec. A.8) siguiendo el

procedimiento descrito en la norma ASTM D 2911 (28), correspondiente a las especificaciones

para las dimensiones y tolerancias en botellas plásticas.

c) Medición de la resistencia al impacto por caída libre: este ensayo se aplicó a 20 envases de

cada mezcla, llenos de agua hasta sus capacidades nominales y tapados. Se siguió el

procedimiento A, establecido en el esquema 16 (R) de la norma Covenin para la determinación

de la resistencia al impacto por caída libre de envases plásticos (29). Aunque la altura que tiene

que resistir el producto según las especificaciones del departamento de calidad es de 1 m, la

fijada fue de 1,8 m, para hacer el ensayo desde una perspectiva más rigurosa. Los ensayos fueron

realizados después de cumplirse las 72 horas desde el moldeo del producto.

d) Medición de la resistencia a la compresión: se realizó 72 horas después del tiempo de

moldeo. Primero, se calculó la presión de compresión en función de las condiciones de

apilamiento utilizadas por el cliente (1 paleta contiene un piso de 13 cajas de envases, contiene 5

pisos y cada caja contiene 24 unidades), tal como lo indica el Anteproyecto 849 (R) (30),

correspondiente a la norma Covenin para la determinación de la resistencia a la compresión de

Puntos de medición

Marca a 60 (mm) de altura

35

envases plásticos. Posteriormente, se ajustó la máquina de compresión (Figura 4.17), a una

presión de aproximadamente 2,1 Kgf/cm2, el triple de la calculada según la norma. Luego se

llenaron los envases hasta su capacidad nominal, se taparon y se expusieron a esta presión

durante 1 minuto. Este procedimiento se realizó para un número de 7 envases de cada material.

Al final, se aumentó la presión del aparato de compresión hasta su presión máxima (7 Kgf/cm2),

y se ensayaron 3 envases de cada uno de los materiales, llenos de agua hasta sus capacidades

nominales y tapados, para medir el tiempo que tardaba el cuello en colapsar (Figura 4.18), con la

ayuda de un cronómetro Casio con apreciación de 0,01 s.

Figura 4.17. Máquina de compresión utilizada. Figura 4.18. Momento de colapso del cuello del envase.

e) Cálculo de las contracciones: las contracciones lineales del diámetro externo con y sin rosca

del cuello y las contracciones de las alturas, se calcularon siguiendo el procedimiento estipulado

en la norma ASTM D 955-00 (31), para el cálculo de la contracciones en termoplásticos partiendo

de las dimensiones del molde. Las dimensiones de la cavidad del molde utilizado se obtuvieron

mediante los planos del mismo, utilizando el programa Pro-Engineer (Tabla 4.17).

Tabla 4.17. Dimensiones de la cavidad del molde utilizado. Dimensión Valor (mm)

Volumen cavidad 1161,70 Altura total 223,98

Altura hasta base de cuello 212,73 Altura del cuello 11,25 Diámetro externo 30,40

Diámetro externo con rosca 32,50

Manómetro

Pistón conductor

Colapso del cuello

36

4.6. REDUCCIÓN DEL PESO DE LOS ENVASES Esta etapa tuvo como finalidad, obtener envases de 40 y 43 g, utilizando las mezclas

80/20 y 90/10 que fueron las que reportaron mejores resultados en la etapa anterior, para

comparar sus propiedades con las de los envases de 45 g moldeados con PEAD virgen.

Nuevamente, esta etapa se realizó dentro de las instalaciones de INJACA, utilizando la máquina

6. Constó básicamente de 3 fases: Preparación de las mezclas, obtención de los envases y

mediciones.

4.6.1. Mezclado de las formulaciones

Las formulaciones fueron preparadas exactamente igual a las utilizadas en la etapa 4.5 con

las proporciones descritas en la Tabla 4.18. Nuevamente, se usaron bolsas para colocar la misma

cantidad de envases que en la etapa anterior, con la diferencia de que esta vez las bolsas se

identificaron con la proporción de mezclado, el peso de los envases (P1: 40 g y P2: 43 g) y el

ensayo a realizar.

Tabla 4.18. Cantidades mezcladas para la segunda corrida. Mezcla 6200 B (Kg.) 11F1 (Kg.) MB (Kg.) 90/10 45 5 1 80/20 40 10 1

4.6.2. Obtención de los envases

Durante esta etapa, se procedió a procesar primero la mezcla 90/10 y luego la 80/20

haciendo el ajuste necesario en la frecuencia de giro del tornillo al momento de cambiar la

formulación. Con la mezcla 90/10 se produjeron inicialmente los envases de 43 g y una vez

obtenidas 60 unidades se procedió a disminuir el peso a 40 g, mediante la disminución de la

altura del mandril. Para obtener los envases 80/20 se siguió el mismo procedimiento. Las

condiciones registradas durante la corrida se muestran en las Tablas 4.19 a 4.21.

37

Tabla 4.19. Perfil de temperaturas registrado durante la segunda corrida. Zona 1 *(ºC) Zona 2 (ºC) Zona 3 (ºC) Zona 4 (ºC) Zona 5 (ºC) Zona 6 *(ºC)

160 158 160 223 167 182 * Zona 1 corresponde a la tolva y Zona 6 al cabezal.

Tabla 4.20. Lista de tiempos que pueden variarse en la máquina. Tiempos Valores (s)

Cadenciómetro 10,00 Retardo del carro hacia arriba 0,10

Corte 0,30 Retardo del carro hacia abajo 0,25

Retardo mandril/soplado 0,20 tiempo de soplado 7,50 tiempo de parada 0,90

tiempo real promedio 10,59 ± 0,04

Tabla 4.21. Otras variables registradas.

Variables Valores Frecuencia de giro del tornillo(r.p.m.) 62- 68

Consumo de corriente (A) 18 Temperatura Molde (ºC) 20

Posteriormente, se procedió a identificar los envases con la proporción de mezclado, el

peso, el nombre del ensayo a realizar y el número de envase, en el caso de los destinados a

medición de dimensiones y capacidad volumétrica. Se reunieron el mismo número de envases

que en la etapa anterior para cada ensayo.

4.6.3 Mediciones Las mediciones realizadas y contracciones calculadas en esta etapa se llevaron a cabo

exactamente de la misma forma que las que se describieron en la sección 4.5.3.

4.7. PRUEBA DE DESPRENDIMIENTO SCOTCH Para determinar la presencia de cambios en la capacidad de impresión sobre el envase, se

imprimieron unidades provenientes de la mezcla 80/20 y 90/10 con tinta verde, se dejaron secar

durante más de 48 horas y para luego aplicar cinta plástica Scotch sobre la tinta. Luego de 5 min.,

la cinta fue desprendida bruscamente, para determinar si había o no desprendimiento.

38

4.8. SIMULACIÓN DEL APILAMIENTO DE LOS ENVASES Esta etapa tuvo como finalidad, comparar la resistencia al apilamiento de los envases de

43 g correspondientes a la mezcla 90/10 (que fueron los que aportaron los mejores resultados de

acuerdo a las mediciones descritas en la sección anterior) con los de PEAD de 45 g. Para ello se

utilizaron paletas plásticas provenientes de UNIPLAST de 25 Kg.

4.8.1. Cálculo de distribución de fuerzas en la configuración utilizada

Se colocaron 2 envases llenos con agua y tapados, en cada esquina de la paleta, tal como

lo indica la Figura 4.19. Para el cálculo de distribución de fuerzas, se dividió el peso de las

paletas utilizadas entre el número de envases. Esta aproximación fue necesaria, porque de lo

contrario, el cálculo hubiese tenido que hacerse mediante un método muy complicado, llamado

método de distribución de fuerzas en membranas. Luego, se determinó que cada envase soportaba

aproximadamente 4 Kg cuando se apilaba 1 sola paleta de cajas de aceite (según información

proporcionada por el cliente), por lo cual la fuerza total requerida para que los 12 envases

experimentaran un peso similar al soportado por la fila base de envases, durante el apilamiento,

correspondía aproximadamente, al peso de 2 paletas de plástico.

Figura 4.19. Arreglo de envases utilizado en la prueba de compresión.

39

4.8.2. Prueba de apilamiento El ensayo empezó con la colocación de 2 paletas encima de 12 envases de 43 gr.

producidos con mezcla 90/10 y 2 paletas más encima de 12 envases de 45 gr. de PEAD (Figuras

4.20 y 4.21). Esta configuración se mantuvo durante un lapso de tiempo de dos días; y viendo que

no se producían cambios significativos en los envases, se procedió a aumentar el peso al doble, es

decir, se agregaron 2 paletas más, simulando un poco más del peso que soporta la fila base

durante el apilamiento, cuando se le monta una paleta más. Esta configuración duró 5 días más, y

al ver que los envases resistían satisfactoriamente, se procedió a agregar dos paletas más. En este

caso, el peso colocado era similar al soportado por los envases de la fila base, al apilar su paleta y

dos paletas más. Este arreglo se mantuvo durante un lapso de tiempo de 2 días, y al ver que los

envases podían resistir aún más peso se procedió a agregar 2 paletas (Figuras 4.22 y 4.23), y se

mantuvo el peso durante un lapso de tiempo de 13 días. Al final del ensayo, los envases

soportaron el peso colocado. No se siguió aumentando el número de paletas por órdenes de la

empresa y por falta de tiempo.

Figura 4.20. Arreglo inicial de paletas aplicado a los

envases 90/10 de 43 gr.

Figura 4.21. Arreglo inicial de paletas aplicado a los envases de 45 gr. de PEAD.

Figura 4.22. Arreglo final de paletas aplicado a los

envases 90/10 de 43 gr. Figura 4.23. Arreglo final de paletas aplicado a los

envases de 45 gr. de PEAD.

CAPÍTULO V

RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS Las mezclas en polímeros han adquirido un gran interés comercial a lo largo de los

últimos años, y la razón principal, es que éstas proveen al producto final de una combinación de

propiedades que en un principio no podrían lograrse utilizando un solo material. Debido a la

versatilidad con la que se ha venido manejando la manufactura de productos plásticos, y a las

aplicaciones cada vez más ingenieriles que han surgido a lo largo de las últimas décadas como

consecuencia del constante aumento de las exigencias de los consumidores, las polimezclas han

generado un auge relativamente alto en el mundo de los polímeros, y aunque el consumo de éstas

no equivale al de las resinas más comunes, no resultaría extraño que en un futuro no muy lejano

el mercado de los plásticos se vea totalmente invadido por el uso de mezclas de materiales.

5.1. ESTUDIO DE LA LÍNEA DE PRODUCCIÓN Previo a la escogencia del envase a trabajar, se estudió detalladamente la línea de

producción en lo que respecta a productos soplados, para así determinar cuál envase podía

requerir el desarrollo de pruebas de mezclado de materia prima. Debido a que el tipo de material

con el que se contaba para realizar el estudio era PELBD, el objetivo principal era encontrar un

envase que siendo manufacturado utilizando PEAD requiriese mejoras en cuanto a flexibilidad y

resistencia al impacto. Entre las variables más determinantes para la escogencia del producto

problema estaban: (a) que el cliente hubiese presentado quejas de ruptura durante el apilamiento

o durante solicitaciones de impacto, (b) que fuese lo menos riguroso posible en cuanto a las

especificaciones del producto para que no se opusiera a la utilización de mezclas en sus envases;

y (c) que el producto contenido dentro de los envases no requiriese una alta resistencia al

agrietamiento por esfuerzos en un medio (ESCR), debido a que a diferencia del PEAD utilizado

para soplar envases en la empresa, el PELBD que se emplearía presenta un muy bajo ESCR.

40

Bajo este contexto y con la ayuda del departamento de control de calidad de la empresa,

se determinó que el producto más idóneo en función de las variables antes mencionadas era el

envase de aceite CARK- OIL de 0,946 L. Luego de la elección del producto, se realizó un estudio

del impacto económico que podría tener la utilización de las mezclas PEAD/PELBD sobre estos

envases, con el fin de obtener la aprobación de la alta gerencia para el desarrollo del proyecto.

5.2. ENSAYOS DE LABORATORIO

Una vez aprobado el proyecto, se propuso un estudio preliminar de estas mezclas a nivel

de laboratorio con el fin de predecir, en líneas generales, el comportamiento que podía esperarse

durante la utilización de cada una de las formulaciones en planta. Esta etapa era una de las más

importantes del proyecto, porque en ésta se determinaría si la utilización de las mezclas en planta

era o no factible. Los ensayos tenían dos propósitos generales: el primero era estudiar cualquier

tipo de comportamiento irregular, como consecuencia del mezclado de estos dos materiales; ya

que si surgían desviaciones pronunciadas con respecto a las tendencias esperadas, la empresa no

se arriesgaría a aprobar las pruebas en máquina. El segundo propósito de los ensayos de

laboratorio era generar evidencias que pudiesen sustentar el descarte de alguna de las mezclas

después de finalizar las corridas en planta. En primer lugar, se mezclaron 10 Kg de las

formulaciones 90/10, 80/20 y 70/30 (PEAD/PELBD) en una extrusora doble tornillo, con la

finalidad de obtener una mejor mezclado dispersivo y distributivo para lograr la

homogeneización de propiedades en cada una de las mezclas.

5.2.1. Medición del Índice de Fluidez (MFI)

El primer ensayo realizado fue el de medición del MFI, y tuvo como finalidad, presentar

un panorama general de cómo se podía ver afectada la fluidez de cada una de las mezclas durante

las corridas en planta, para así determinar si la estabilidad del proceso se vería afectada, aunque

resulta importante destacar dos aspectos: el primero es que el MFI ciertamente se ve influenciado

por el peso molecular del polímero, su distribución (DPM) y su estructura, pero no es una medida

exacta de la reología de cada material; además, las velocidades de deformación empleadas en su

medición son mucho menores a las que provee el tornillo durante la manufactura del producto. El

41

42

segundo, es que los materiales con los cuales se trabajó poseen naturalezas distintas; el PEAD por

ejemplo, proviene de un proceso de polimerización tipo slurry, y se caracteriza por poseer una

DPM amplia, lo cual provee al material una mayor pseudoplasticidad durante el procesamiento.

El PELBD, en cambio, proviene de un proceso de polimerización en solución, y se caracteriza

por poseer DPM bastante estrecha, lo cual disminuye su pseudoplasticidad, y en consecuencia, el

material es menos procesable. Debido a la naturaleza de éstos, es muy posible que al mezclarlos,

se encontraran comportamientos irregulares en el fundido, sobretodo si se toma en cuenta: (a) la

complejidad implicada en la miscibilidad de ambos materiales en el fundido, que ha sido uno de

los temas que ha generado distintas opiniones entre los especialistas en el área; y (b) el hecho de

que el MFI no aporta información tan detallada como los ensayos de reometría capilar (1,32, 33).

La Figura 5.1 muestra la variación del MFI en función del porcentaje de PEAD utilizado,

incluyendo las proporciones 0/100 y la 100/0 correspondientes a las resinas vírgenes. Con

respecto al PELBD utilizado, se puede observar que su MFI promedio estuvo ligeramente por

debajo del que provee la hoja técnica del material que es de 0,80 dg/min. En el PEAD, el valor de

MFI obtenido se correspondió con el que reporta la hoja técnica de la resina, que es de 0,40

dg/min. En relación a las mezclas, la Figura 5.1 muestra que en este caso las proporciones de

PEAD utilizadas, están generando materiales con igual MFI, lo cual sugiere que al agregar entre

70 y 90% de PEAD, pudiese ser indiferente tomando en cuenta este resultado; es importante

destacar, que en las mezclas los MFI obtenidos estuvieron más cercanos al valor del PEAD que al

de PELBD, lo cual podría deberse a que el primero es el componente mayoritario en cada una de

ellas. Además, los MFI obtenidos estuvieron por debajo de los de ambas resinas vírgenes, lo cual

podría atribuirse a dos posibles causas: (a) la complejidad implicada en el comportamiento en el

fundido de la mezcla de dos PE de distinta naturaleza; y (b) la posible degradación termo-

oxidativa que pudieron haber sufrido los materiales durante el mezclado producto de un excesivo

cizallamiento, ya que se ha encontrado que dentro del rango de temperaturas a las que

normalmente se procesa el polietileno, predominan los procesos degradativos que producen

entrecruzamiento de cadenas (Figura 5.2), y causan disminución en la fluidez del material.

Adicionalmente, las Figuras 5.3 (a) a (c), evidencian un claro amarillamiento del material

obtenido a través del mezclado en el estado fundido con respecto al obtenido a través del

mezclado en estado sólido. Esta coloración, es una de las señales principales de la degradación

43

del Polietileno, y comúnmente se mide a través del índice de amarillamiento. Epacher y

colaboradores (34) al trabajar con PEAD, encontraron una relación inversamente proporcional

entre el índice de amarillamiento y el MFI del material a medida que éste se iba degradando (34,35). Por último, es importante destacar que en la Figura 5.1, las barras de error estuvieron en el

orden de 0,5 - 5 % del valor de las medidas, y por esta razón son casi imperceptibles en algunos

de los puntos.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

0 20 40 60 80 100

% PEAD

MFI

prom

edio (g

/10

min

.)

Figura 5.1. Variación del MFI en función del % de PEAD en las mezclas realizadas en fundido.

Figura 5.2. Reacciones que pueden ocurrir en la degradación del PE

en función de la temperatura (35)

Figura 5.3. Coloración de las mezclas realizadas en el estado sólido (I) y las mezclas realizadas en

la extrusora doble tornillo (USB). (a) Mezclas 90/10, (b) Mezclas 80/20 y (c) Mezclas 70/30.

(a)

(c)

(b)

44

Aunque hubiese resultado incoherente continuar con los demás ensayos una vez

presenciado el aspecto amarillento de las mezclas, producto de una posible degradación, la

verdadera diferencia entre la coloración de las resinas vírgenes y la de las mezclas se notó

después de concluida la etapa de laboratorio, ya que en el momento en el cual se mezcló en la

extrusora doble tornillo, los materiales resultantes parecían tener un aspecto blanquecino, por lo

que el contraste de coloraciones sólo fue evidente después de llevar a cabo el mezclado en estado

sólido de las resinas vírgenes utilizadas en la primera corrida.

5.2.2. Medición de la densidad En materia de polímeros, la densidad está definida como la masa por unidad de volumen y

es una función del peso de las moléculas individuales y de la manera en que éstas se empaquetan.

Si el polímero puede cristalizar, el empaquetamiento es más eficiente, y en consecuencia éste

puede alcanzar mayores densidades. Los polietilenos sintetizados mediante distintos procesos,

difieren en el grado de ramificaciones, lo cual hace que cristalicen y se empaqueten de manera

diferente (36).

La Figura 5.4 muestra los valores de densidad en estado sólido obtenidos para cada uno de

los materiales al utilizar el principio de Arquímedes. Claramente se observa que la densidad del

PEAD resultó ser mayor que la del PELBD, lo cual podría atribuirse al hecho de que éste último,

por poseer mayor cantidad de ramificaciones en su cadena, presenta menor cantidad de

segmentos cristalizables, y en consecuencia alcanza un nivel de empaquetamiento inferior al del

PEAD (36). Por otra parte, un hecho notable es que debido a la cercanía de los puntos, las barras

de error hacen que éstos se solapen en el intervalo 70-90% de PEAD, aún cuando estas últimas se

sitúan muy por debajo del 10% de las medidas. Por esta razón, no se pudo encontrar una

verdadera relación entre la proporción de PEAD en la mezcla y su densidad. En contraste a los

resultados obtenidos por Chi-Ying (18), que reporta que las densidades de mezclas de

PEAD/PELBD de distinta fluidez se ajustan perfectamente a la ley de aditividad de las mezclas,

los resultados obtenidos en este estudio manifiestan que la densidad de las mezclas se mantuvo en

el mismo intervalo que la densidad del PELBD puro, lo cual pudiese atribuirse a tres posibles

factores: (a) al hecho de que el PELBD disminuye el potencial de cristalización del PEAD; (b) a

45

las irregularidades que pudieron haber surgido en las cadenas de PE en caso de que en realidad el

material se haya degradado y (c) a que tal vez el método utilizado para la medición de la densidad

puede reportar valores menos confiables que otros como medición con Columna de Gradiente de

Densidades o DSC.

0,930

0,940

0,950

0,960

0,970

0 20 40 60 80 100

% PEAD

ρpro

med

io (g

/cm

3 )

Figura 5.4. Variación de la densidad de las mezclas en función del % de PEAD en las mezclas realizadas en fundido.

En resumen, la mayor cantidad de ramificaciones del PELBD frente al PEAD origina una

reducción de la cristalinidad del producto resultante, que viene acompañada por ciertas

modificaciones en algunas características mecánicas. Por ejemplo, un aumento en el grado de

ramificación viene acompañado por un aumento en la elongación en el punto de ruptura, una

disminución en la resistencia tensil, y un aumento de la resistencia al impacto (1,37).

5.2.3. Ensayos de tracción Posteriormente, se realizaron ensayos de tracción a cada uno de los materiales para poder

verificar de manera comparativa, la relación entre el comportamiento mecánico y la proporción

de PEAD. En lo que respecta al comportamiento elástico en polímeros, el parámetro más

representativo es el módulo de Young (E), que se define como la relación entre el esfuerzo

aplicado y la deformación del material en el rango elástico de la curva esfuerzo-deformación; y es

comúnmente utilizado en cálculos estructurales porque mide la resistencia del material (37,38).

46

La Figura 5.5 muestra los valores de E para cada uno de los materiales. En lo que respecta

a los materiales puros, se observa claramente que el valor de E es mayor para el PEAD que para

el PELBD, lo cual básicamente podría deberse a que el primero tiene mayor rigidez por presentar

mayor cantidad de cristales. El PELBD, por su estructura ramificada, presenta menor capacidad

de cristalizar, y en consecuencia el material es menos rígido. Esta rigidización promovida por los

cristales, es responsable de que soporte mayores esfuerzos (σ) a una misma deformación (ε), lo

cual se traduce en un incremento de E según la relación planteada en la Ec. 5.1. Esto indica, que

teóricamente existe una relación directa entre la densidad del PE y su E. Al igual que los

resultados obtenidos por Hussein (39) en su estudio acerca de la miscibilidad del fundido y

propiedades mecánicas de mezclas PEAD/PELBD, las evidencias de este estudio sugieren que al

aumentar el % PEAD en la mezcla, también aumenta el E del material resultante. En la mezcla

70/30 el E experimenta una disminución más brusca que en las otras dos (80/20 y 90/10). Tal vez,

este hecho pueda deberse a dos causas: (a) que al agregar un 30% de PELBD, se puede ver

afectada de manera más apreciable la capacidad de cristalizar del PEAD, y (b) que el mezclado

logrado en la extrusora doble tornillo pudo haber sido deficiente en esta mezcla (40).

εσ

=E Ec. 5.1

El esfuerzo de fluencia corresponde al primer punto de pendiente cero en la curva

esfuerzo-deformación, y por lo general establece el límite superior a la hora de realizar los

cálculos estructurales en aplicaciones que requieren deformaciones permanentes mínimas. La

Figura 5.6 muestra los valores del esfuerzo de fluencia para cada uno de los materiales. Los

resultados obtenidos, al igual que los que reporta Cho (13) al mezclar PEAD y PELBD, sugieren

que al aumentar el % de PEAD en la mezcla también aumenta el esfuerzo de fluencia del

material. Además, la Figura 5.6 presenta una tendencia muy similar a la de la Figura 5.5, lo cual

podría atribuirse al hecho de que al igual que E, el esfuerzo de fluencia es directamente

proporcional a la cristalinidad y a la rigidez de cada uno de los materiales. Nuevamente, se

observa una mayor diferencia en el caso de la mezcla 70/30 que en el caso de las otras dos, lo

cual pudiese atribuirse a los argumentos planteados al analizar el Módulo Elástico (19).

47

0

400

800

1200

1600

0 20 40 60 80 100

% PEAD

Epr

omed

io (M

Pa)

0

5

10

15

20

25

30

0 20 40 60 80 100

% PEAD

σy

prom

edio(M

Pa)

Figura 5.5. Variación del Módulo de Young en función del % de PEAD en las mezclas realizadas en

fundido.

Figura 5.6. Variación del Esfuerzo de fluencia en función del % de PEAD en las mezclas realizadas en

fundido.

Las propiedades en el punto de ruptura durante los ensayos de tracción definen los límites

de los cálculos estructurales en dos tipos de aplicaciones: la primera es cuando se requieren

artículos desechables, que normalmente fallan por ruptura; mientras que la segunda, es cuando se

desean partes que requieren durabilidad, incluso después de sufrir deformación permanente.

Aunque estas propiedades han sido objeto de estudio durante un largo período, no se ha

encontrado información que brinde suficiente evidencia en cuanto a la relación de éstas con las

variables estructurales y morfológicas de la muestra no deformada (38, 40).

Las Figuras 5.7 y 5.8 muestran los valores obtenidos para el esfuerzo y deformación de

ruptura para cada uno de los materiales, respectivamente. Lo primero que se observa es que

ambas tendencias son muy similares. Tanto el esfuerzo como la deformación a la ruptura del

PELBD son mayores a los del PEAD, lo cual podría atribuirse a que este último por ser menos

flexible, pudiese presentar menores propiedades en el punto de fractura. Igualmente, debido a la

cercanía de los puntos, es imposible establecer una relación entre el % de PEAD y las

propiedades de ruptura en lo que respecta al PELBD y a las mezclas 70/30 y 80/20, debido a que

las barras de error solapan los resultados de estos tres materiales, aún cuando éstas son menores

al 10% del valor de las medidas. La mezcla 90/10 es la única en la que se observa la disminución

de las propiedades de ruptura del material con respecto al PELBD, aunque en el caso del esfuerzo

de ruptura, las barras de error solapan a esta mezcla con el PEAD. Ibnelwaleed (39) en su estudio

acerca de la miscibilidad del fundido y propiedades mecánicas de mezclas PEAD/PELBD,

48

plantea que la disminución del esfuerzo de ruptura en mezclas ricas en PEAD pudiese deberse a

que el PEAD presenta un menor endurecimiento por deformación que el PELBD. En cuanto a la

deformación de ruptura, el autor plantea que a medida que aumenta la proporción de PELBD, el

material resultante se comporta como un elastómero con bajo módulo y una gran deformación de

ruptura. En ninguno de los parámetros el autor obtuvo una relación lineal.

0

10

20

30

0 20 40 60 80 100

% PEAD

σb

prom

edio(M

Pa)

0

200

400

600

0 20 40 60 80 100

% PEAD

%εb

pro

med

io

Figura 5.7. Variación del Esfuerzo de ruptura en

función del % de PEAD en las mezclas realizadas en fundido.

Figura 5.8. Variación de la Deformación de ruptura en función del % de PEAD en las mezclas realizadas en

fundido.

La Figura 5.9 muestra las curvas esfuerzo-deformación correspondientes a cada uno de los

materiales ensayados. En ellas se observan, de manera resumida, los parámetros mecánicos

discutidos previamente. El valor de E, por ejemplo, corresponde a la pendiente de cada una de las

curvas antes del punto de fluencia. En la zona elástica, se observa que a medida que aumenta el

% de PEAD, es mayor el esfuerzo que soporta el material a una misma deformación, y en

consecuencia E incrementa según la relación planteada en la Ec. 5.1. En cuanto al esfuerzo de

fluencia, éste corresponde al máximo que experimentan las curvas al finalizar el rango elástico.

En la Figura 5.9, se observa que a medida que el % de PEAD es mayor, dicho esfuerzo

incrementa. Además, en la curva correspondiente al PELBD puro, es posible observar dos picos

contiguos, posiblemente atribuibles al fenómeno de doble fluencia, que puede originarse debido a

la fluencia de distribuciones bimodales de poblaciones lamelares o a una reorientación de los

cristales una vez que se logra la primera fluencia, tal como se menciona en la sección 3.2. En

cuanto a los parámetros mecánicos de ruptura, se observa que a medida que aumenta la

49

proporción de PELBD, las muestras presentan mayor resistencia tensil porque fallan a esfuerzos

y deformaciones mayores (1,19,36).

0

5

10

15

20

25

30

35

0 100 200 300 400 500 600 700% Deformación

σ(M

Pa)

PEAD90/1080/2070/30PELBD

Figura 5.9. Curvas esfuerzo-deformación de los materiales ensayados.

De acuerdo a la relación existente entre las propiedades medidas a nivel de laboratorio y

lo que se busca en el producto, se puede decir de forma preliminar, que lo más conveniente

podría ser utilizar mezclas que contengan la menor cantidad de PELBD posible, debido a que

éstas reportan mejoras en la flexibilidad del material y pocas pérdidas en propiedades con

respecto al PEAD, lo cual es muy importante si se quiere un producto con propiedades

mejoradas, que satisfaga las necesidades del cliente. De cualquier manera, fue necesario realizar

pruebas en máquina para establecer conclusiones más sólidas acerca de los resultados

preliminares obtenidos en el laboratorio.

5.3. PRIMERA CORRIDA EN PLANTA Durante esta etapa se desarrollaron las pruebas en planta con el remanente de las

formulaciones provenientes del mezclado en el fundido realizado en la USB (M. Fundido), y con

las formulaciones mezcladas en planta utilizando el mezclador orbital (M. Físico). A fin de

comparar las propiedades finales de los envases moldeados con las distintas mezclas y los que

normalmente se producen con PEAD, se fabricaron envases de aproximadamente 45 g de todos

los materiales, exceptuando la formulación 90/10 M. Fundido, ya que esta mezcla fue utilizada en

50

una corrida en otra máquina más grande, que difiere de la máquina #6 en cuanto a: (a) forma y

relación L/D del tornillo, (b) zonas de calentamiento, (c) # de cavidades, (d) caudal de

producción y (e) tiempo de ciclo; y todas estas diferencias pueden llegar a afectar las

características finales del producto.

Durante el soplado de envases que se lleva a cabo en la línea de producción de INJACA,

los cambios en condiciones de máquina más frecuentes corresponden a la frecuencia de giro del

tornillo (r.p.m.). Los datos recolectados en el departamento de producción de la empresa sugieren

que las variaciones en la fluidez de cualquiera de los materiales vienen acompañadas de una

variación del tamaño de la colada inferior del envase, lo cual se traduce en un aumento de los

gastos en materia prima en los casos en los cuales la colada inferior es muy grande, y la pérdida

de envases debido a la imposibilidad de desprender la colada inferior, en los casos en que ésta es

muy pequeña. Por esta razón, en vez de medir el tamaño del parison, el factor determinante al

variar la frecuencia de giro del tornillo es el tamaño de la colada, tomando en cuenta un tamaño

empírico, más o menos intermedio, que se mide sólo de manera visual, y que depende de las

características de cada envase. En los casos en los que la colada es muy grande se procede a

disminuir la frecuencia de giro del tornillo y cuando es muy pequeña, se hace lo contrario.

En la primera corrida no se realizaron cambios significativos en condiciones de máquina

al variar la proporción de PEAD en cada una de las mezclas. Los cambios realizados tuvieron

lugar al variar de M. Sólido a M. Fundido. Por ejemplo, cuando se terminó de procesar la mezcla

80/20 M. Sólido y se procedió a cargar la 80/20 M. Fundido, pudo presenciarse una disminución

en la colada inferior de los envases, por lo cual se procedió a disminuir la frecuencia de giro del

tornillo. El mismo comportamiento se observó entre las mezclas 70/30 M. Sólido y M. Fundido.

Este hecho pudiese estar evidenciando que la fluidez de las mezclas realizadas en el fundido era

menor que las realizadas en estado sólido, aunque para llegar a conclusiones más concretas es

necesario un estudio reológico completo, ya que como se explicó anteriormente, los resultados de

MFI no brindan información suficiente acerca de un tema tan complejo como el comportamiento

en el fundido de las mezclas de PE. Estos cambios en fluidez pudiesen ser consecuencia de la

posible degradación del material, tal como se explicó en la sección 5.2.1. Además, los envases

moldeados con la materia prima proveniente del mezclado en el fundido presentaron pequeños

51

puntos negros, aunque según la información que se maneja en la empresa, también estos puntos

pueden ser causados por la degradación del Masterbatch. En cuanto a la masa de los envases, ésta

se mantuvo cercana a los 45 g durante toda la corrida, a pesar de haber realizado leves cambios

en la velocidad. Por esta razón, no fue necesario variar la altura del mandril.

5.3.1. Contracciones lineales

La contracción es uno de los problemas más frecuentes observados durante la

manufactura de productos plásticos, debido a que durante la extrusión o la inyección, el polímero

fundido experimenta altas presiones hidrostáticas que tienden a producir compresión. Además,

durante el enfriamiento, tanto el movimiento molecular como las presiones en las paredes del

molde disminuyen a cero en la mayoría de los casos y el artículo moldeado tiende a contraer. En

el caso de los polímeros amorfos la contracción es pequeña, aproximadamente de 0,5%. Con los

polímeros semi-cristalinos, el mayor grado de ordenamiento molecular provoca mayores

contracciones, por ejemplo, durante el moldeo por inyección de PE se esperarían contracciones

aproximadas de 2,5 %. Simples variaciones en las condiciones de moldeo pueden generar

notables cambios en las contracciones y por esta razón éstas deben ser controladas con

precaución (36,41).

Por lo general, los valores de contracción varían según la dirección del flujo, espesor de la

pieza, temperaturas del fundido y del molde entre otros factores, pero a diferencia del proceso de

inyección, en extrusión soplado es difícil predecir el comportamiento de la contracción en las

distintas direcciones, debido a que las presiones utilizadas son menores, y menos controladas,

puesto que el elemento que puede generar mayor orientación es el aire de soplado, que se

distribuye de manera aleatoria en el cuerpo hueco. Por esta razón, cuando se soplan materiales

semi-cristalinos, la predicción de la contracción es más factible tomando en cuenta los espesores

de los productos y las temperaturas de procesamiento y de enfriamiento. De acuerdo a los datos

suministrados por el departamento de matricería de la empresa, cuando se moldea PE, los valores

de las contracciones lineales de algunas de las dimensiones pueden variar entre 1 y 3%,

dependiendo del espesor y de la orientación de la zona medida, por lo que normalmente utilizan

un valor de 2% para realizar los cálculos pertinentes a la hora de fabricar un molde. En casos en

los que las contracciones lineales se acercan a valores más grandes de los requeridos, es posible

52

contrarrestar este efecto mediante el aumento de la presión de soplado y la disminución de la

temperatura del molde cuidando la aparición de imperfecciones superficiales, esfuerzos

congelados excesivos y distorsiones en el artículo moldeado producto del aumento en la tasa de

enfriamiento (10).

Debido a la dificultad que envuelve el cálculo del volumen en un envase soplado, sólo se

determinaron las contracciones lineales en las dimensiones más críticas del envase CARK-OIL.

En cuanto a las alturas del mismo, se determinaron las contracciones de la altura total y de la

altura hasta la base del cuello; mientras que en lo que respecta a las dimensiones radiales del

cuello, las contracciones consideradas fueron las del diámetro externo del cuello con y sin rosca.

La Tabla 5.1 muestra las contracciones en la altura total en función del porcentaje de

PEAD en la formulación y del tiempo de post-moldeo, de acuerdo al tipo de mezclado utilizado.

Lo primero que se observa es que los valores de contracción se encuentran alrededor de 2%, que

es lo que normalmente se utiliza para el cálculo de las dimensiones del molde en la empresa

cuando se trabaja con PE y además coincide con lo reportado en la literatura para este material

cuando se utiliza moldeo por inyección (41).

Si se toma en cuenta un mismo tiempo de post-moldeo para analizar el efecto de la

proporción de PEAD en la mezcla y el tipo de mezclado utilizado sobre la contracción de los

envases, el comportamiento es el que se reporta a continuación. En cuanto al efecto del tiempo en

función de la proporción de PEAD en la mezcla se obtuvieron dos tendencias: (a) que aunque los

errores son menores al 10% de las medidas, el porcentaje de PEAD no resultó ser un factor

determinante en las mezclas 90/10 y 80/20 porque tomando en cuenta las desviaciones estándar,

se observa un claro solapamiento entre el comportamiento en ambas mezclas y en el PEAD; y (b)

que en la única mezcla que en realidad se observó una tendencia fue en las 70/30, en las cuales el

% de contracción resultó ser levemente mayor que el caso de los demás materiales, lo cual difiere

de lo que se esperaría que pasara teóricamente, ya que como se ha venido discutiendo en

reiteradas oportunidades, a medida que aumenta la proporción de PELBD en la mezcla, lo que se

espera es la reducción de la cristalinidad del PEAD, lo cual puede traducirse en una menor

contracción producto de un empaquetamiento menos eficiente; por lo que esta tendencia podría

53

llegar a ser producto de un aumento en la dimensión medida para compensar la disminución que

pudiesen llegar a experimentar alguna de las otras dimensiones medidas durante el post-moldeo.

En cuanto al efecto del tipo de mezclado utilizado, la cercanía entre las contracciones obtenidas

al utilizar como materia prima mezclas 70/30 y 80/20 M. Sólido o M. Fundido generó un

solapamiento de valores tal, que fue imposible notar alguna diferencia que permitiera establecer

conclusiones certeras. Este hecho podría estar reflejando, de manera preliminar, que si en un

futuro se llegasen a moldear envases de 45 g de alguna de las mezclas, sería ilógico para la

empresa aumentar los gastos de producción del envase realizando un mezclado en el fundido de

las materiales, porque en términos de contracción de altura total, los resultados podrían ser

similares a los que se obtendrían utilizando mezclado en estado sólido.

Ahora bien, si se toma en cuenta un mismo material para evaluar el efecto del tiempo de

post-moldeo en las contracciones en esta dimensión;, se observa que a pesar de que la teoría

reporta que se debería esperar un aumento de la contracción en función de este tiempo, debido a

que las tensiones residuales que se generan durante el ciclo de moldeo tienden a relajarse como

consecuencia del rearreglo molecular que sufre el material para llegar a su estado de menor

energía, los resultados obtenidos, tomando en cuenta los errores asociados, reflejan que

utilizando cualquiera de los materiales, la contracción se mantiene prácticamente invariable

después de desmoldear el envase, lo cual refleja básicamente, que tomando en cuenta esta

dimensión, el producto llega a sus dimensiones finales a las 0 h de tiempo post-moldeo,

implicando que si en las demás dimensiones llegara a ocurrir el mismo comportamiento, el

producto podría ser despachado al desmoldearlo (36).

Tabla 5.1. Contracciones de la altura total del envase para 0, 24 y 48 h de tiempo de post-moldeo en función de la proporción de PEAD para los envases de la primera corrida.

Material %PEAD % 0 horas % 24 horas % 48 horas 6200B 100 1,80 ± 0,04 1,81 ± 0,04 1,84 ± 0,03

90/10 M. Sólido 90 1,86 ± 0,05 1,87 ± 0,04 1,91 ± 0,06 80/20 M. Sólido 80 1,85 ± 0,04 1,88 ± 0,03 1,90 ± 0,04 70/30 M. Sólido 70 1,94 ± 0,02 1,95 ± 0,04 2,00 ± 0,04 80/20 M. Fundido 80 1,83 ± 0,01 1,83 ± 0,02 1,88 ± 0,02 70/30 M. Fundido 70 1,86 ± 0,03 1,90 ± 0,10 1,92 ± 0,03

54

La Tabla 5.2 muestra los porcentajes de contracción de la altura hasta la base del cuello

del envase en función del porcentaje de PEAD y el tiempo de post-moldeo, de acuerdo al tipo de

mezclado utilizado. Lo primero que se observa es que el intervalo en el cual se ubican las

contracciones se encuentra ligeramente por encima que en el caso anterior, lo cual podría deberse

a que muchas veces, por ser la zona del cuello la que se encuentra más caliente durante el

desmoldeo por el hecho de que está sometida durante menor tiempo a bajas temperaturas y por su

mayor espesor, ésta puede llegar a experimentar una serie de deformaciones localizadas, que a su

vez se traducirían en mayores contracciones en esta dimensión con respecto a la altura total. En

este caso, a pesar de que los errores asociados se encuentran por debajo del 10%, generan un

solapamiento tal entre los resultados, que resulta imposible llegar a una conclusión acertada

acerca del efecto del tiempo de post-moldeo, la proporción y el tipo de mezclado sobre la

contracción en esta dimensión. Nuevamente, se obtuvo que con respecto a esta dimensión,

pudiese llegar a ser contraproducente aumentar los costos de producción utilizando mezclado en

el fundido en el caso en que se llegasen a soplar envases de 45 g de cualquiera de las mezclas, y

que los productos pudiesen ser despachados una vez desmoldeados (42).

Tabla 5.2. Contracciones de la altura hasta la base del cuello del envase para 0, 24 y 48 h de tiempo de post-moldeo en función de la proporción de PEAD para los envases de la primera corrida.

Material %PEAD % 0 horas % 24 horas % 48 horas 6200B 100 2,00 ± 0,04 1,99 ± 0,06 2,02 ± 0,04

90/10 M. Sólido 90 2,07 ± 0,02 2,06 ± 0,04 2,09 ± 0,04 80/20 M. Sólido 80 2,06 ± 0,05 2,10 ± 0,03 2,09 ± 0,04 70/30 M. Sólido 70 2,01 ± 0,07 2,12 ± 0,04 2,14 ± 0,04 80/20 M. Fundido 80 2,01 ± 0,02 2,01 ± 0,03 2,03 ± 0,04 70/30 M. Fundido 70 2,04 ± 0,02 2,04 ± 0,02 2,05 ± 0,04

Las Tablas 5.3 y 5.4 muestran los porcentajes de contracción del diámetro externo del

cuello con y sin rosca en función de la cantidad de PEAD en la formulación y el tiempo de post-

moldeo para cada tipo de mezclado. Lo primero que se observa es que en ambas dimensiones, los

valores de contracción se ubican aproximadamente alrededor 3,2 % para el diámetro sin rosca y

3,4% diámetro con rosca. La contracción en los diámetros del cuello resultó ser mayor que en las

alturas, lo cual pudiese llegar a atribuirse a dos hechos fundamentales: (a) que el cuello se origina

a través de una de las zonas más calientes del párison, ya que está expuesta a bajas temperaturas

durante menor tiempo por extruirse de último y (b) que ésta es una de las zonas de más espesor

55

del envase, por lo que al éste enfriarse, la piel se congelará, pero será mayor la cantidad de

material caliente que quedará en el núcleo de la zona. Ambas razones contribuyen al aumento de

la energía del polímero, lo cual implica una mayor capacidad para relajar tensiones y orientación

durante el post-moldeo. Para ambas dimensiones, se obtuvieron desviaciones menores al 10% de

las medidas, pero los valores se situaron en un intervalo tan cercano, que quedaron solapados

tomando en cuenta los errores, por lo cual resultó imposible determinar a ciencia cierta la

influencia del tipo de mezclado, tiempo de desmoldeo y % de PEAD en las contracciones de los

envases en ambos diámetros. Nuevamente, por el hecho de que no se observaron diferencias

significativas en las contracciones de ambas dimensiones tomando en cuenta los parámetros antes

mencionados, se puede decir que, en términos económicos, los productos pueden ser moldeados

utilizando materia prima proveniente del mezclado en estado sólido; y además, los productos

pudiesen fácilmente ser despachados al momento de finalizar el ciclo de moldeo.

Tabla 5.3. Contracciones del diámetro externo del cuello con rosca del envase para 0, 24 y 48 h de tiempo

de post-moldeo en función de la proporción de PEAD para los envases de la primera corrida. Material %PEAD % 0 horas % 24 horas % 48 horas

6200B 100 3,57 ± 0,17 3,40 ± 0,17 3,43 ± 0,12 90/10 M. Sólido 90 3,53 ± 0,10 3,37 ± 0,10 3,43 ± 0,08 80/20 M. Sólido 80 3,52 ± 0,17 3,50 ± 0,12 3,40 ± 0,16 70/30 M. Sólido 70 3,37 ± 0,22 3,33 ± 0,14 3,27 ± 0,08 80/20 M. Fundido 80 3,32 ± 0,11 3,33 ± 0,07 3,31 ± 0,21 70/30 M. Fundido 70 3,34 ± 0,09 3,32 ± 0,11 3,31 ± 0,08

Tabla 5.4. Contracciones del diámetro externo del cuello sin rosca del envase para 0, 24 y 48 h de tiempo

de post-moldeo en función de la proporción de PEAD para los envases de la primera corrida. Material %PEAD % 0 horas % 24 horas % 48 horas

6200B 100 3,34 ± 0,17 3,18 ± 0,23 3,31 ± 0,19 90/10 M. Sólido 90 3,40 ± 0,17 3,06 ± 0,17 3,29 ± 0,11 80/20 M. Sólido 80 3,24 ± 0,15 3,15 ± 0,12 3,16 ± 0,12 70/30 M. Sólido 70 3,23 ± 0,30 3,23 ± 0,24 3,15 ± 0,15 80/20 M. Fundido 80 3,31 ± 0,20 3,13 ± 0,24 3,15 ± 0,19 70/30 M. Fundido 70 3,25 ± 0,16 3,19 ± 0,21 3,14 ± 0,17

Es importante destacar que en todas las contracciones los errores estuvieron por debajo

del 10%. En el caso de las alturas, se estuvo trabajando con errores que se encontraban alrededor

de 1,6%, mientras que en el caso de los diámetros, los errores fueron de 5,6%, aproximadamente.

Este hecho pudiese estar asociado al tipo de instrumento utilizado para la mediciones; en el caso

56

de las alturas se utilizó el Gramil, y en el caso de los diámetros se utilizó el Vernier, y aunque

ambos presentan la misma apreciación, la diferencia se encuentra en que en el primero, una vez

que se fija una medida es imposible que ocurra desplazamiento alguno de la punta medidora,

mientras que en el Vernier ocurren fluctuaciones en las medidas producto de que la fijación de la

apertura del mismo es más engorrosa y cualquier ligero movimiento produce cambios en las

magnitudes medidas, que pudiesen llegar a ser significativos. De cualquier manera, con ambos

instrumentos, las medidas tal vez son un poco subjetivas, porque resulta difícil tomar las

dimensiones siempre en los mismos puntos y aplicando la misma presión.

En líneas generales, cuando se habla de extrusión-soplado, es difícil tratar de establecer

tendencias claras y fiables debido a que las imprecisiones que normalmente se presentan durante

el proceso hacen que los resultados deseados sean menos reproducibles que en el caso del moldeo

por inyección. En muchos casos pudo observarse una clara fluctuación de la masa de los envases,

que eran prácticamente imposibles de controlar (ver gráficas de control de la masa de los envases

en la sección 5.3.4). Esto pudiese llegar a ser producto del desgaste que ha sufrido la máquina

utilizada por ser una de las más antiguas de la empresa. Estas fluctuaciones pudieron haber

generado variaciones en las dimensiones de los envases, agregando una fuente de error adicional

a las medidas obtenidas. Adicionalmente, un factor importante, es que cuando se trabaja con

mezclas, tanto en estado sólido como en fundido, es difícil garantizar una buena

homogeneización del producto final, a menos que se trabaje con controles gravimétricos, porque

aunque se mezclen las cantidades exactas en estado sólido o fundido durante un tiempo

prudencial, es casi imposible asegurar que el producto acabado presentará una composición

similar a la de la mezcla inicial. Esta pudiese llegar a ser otra de las causas de las fluctuaciones

observadas durante el procesamiento y en las distintas propiedades físicas que normalmente se

miden en la empresa.

En conclusión, tomando en cuenta las contracciones de cada una de las dimensiones

mencionadas anteriormente, los resultados reportaron que, trabajando bajo estas condiciones, la

proporción de PEAD en las mezclas, el tipo de mezclado y el tiempo de post-moldeo no

establecieron diferencias apreciables en los envases de 45 g. Por esta razón, pudiesen

considerarse tres posibles beneficios tomando en cuenta solamente las contracciones en estas

57

dimensiones: (a) que en un futuro llegar a moldear envases de este peso con cualquiera de las

proporciones de mezclado utilizadas, lo cual es muy importante porque al momento de haber

escasez de PEAD, se podría utilizar PELBD para satisfacer la demanda; (b) que el tipo de

mezclado puede llegar a ser indiferente en este caso, por lo cual se recomendaría el uso de

mezclado en estado sólido por ser más económico; y (c) que el producto podría ser despachado al

cliente incluso a las 0 h de tiempo post-moldeo, lo cual sería positivo en términos de una menor

utilización de las áreas de almacén.

5.3.2. Impacto por caída libre En cuanto a los ensayos de impacto por caída libre, se estudiaron 20 envases de cada

mezcla siguiendo el procedimiento estipulado en el esquema 16 (R) (28) de la norma Covenin

correspondiente a la determinación de la resistencia al impacto por caída libre. La altura utilizada

fue de 1,80 m., que es 80 cm mayor a la que normalmente se utiliza en la empresa, con la

finalidad de hacer el ensayo bajo condiciones más críticas. En general, todos los envases pasaron

la prueba, e incluso muchos de ellos fueron lanzados hasta 5 veces para tratar de obtener una

condición límite, pero ninguno falló. En este caso, se obtuvo una clara mejoría en la resistencia al

impacto, ya que según los registros de control de calidad de la empresa, en algunas corridas los

envases moldeados con PEAD han fallado incluso desde alturas menores a 1 metro. Por esta

razón, se puede afirmar que al mezclar PEAD con PELBD en las proporciones estudiadas, el

cliente puede estar seguro de que los envases podrán soportar solicitaciones más críticas en lo que

a impacto ser refiere.

5.3.3. Propiedades a compresión Las propiedades a compresión en general, siguen la misma tendencia que el Módulo

Elástico (E) en lo que se refiere a grado de cristalinidad, es decir, teóricamente, se debería esperar

que los envases mostrasen una mayor resistencia a la compresión a medida que el grado de

cristalinidad y la densidad de la materia prima utilizada es mayor. (2)

58

El primer ensayo realizado para determinar la resistencia a la compresión es el que

estipula el anteproyecto 849 (R) (30) de la norma Covenín para la determinación de la resistencia a

la compresión de envases soplados. Según las condiciones aplicadas y los cálculos realizados,

todos los envases obtenidos pueden soportar la compresión durante el apilamiento. Incluso el

ensayo realizado fue más crítico, porque la presión de compresión según los cálculos referente a

la norma debía ser 0,7 kgf/cm2 (Ec. A.10) y la presión aplicada fue de 2,1 kgf/cm2, casi el triple

de la requerida.

El segundo ensayo realizado, fue de carácter comparativo, y aunque no siguió el

procedimiento de la norma Covenín, sirvió para determinar de qué manera se veían afectadas las

propiedades a compresión de los envases de manera comparativa. La presión utilizada fue la

presión máxima que puede producir el pistón, y lo que se midió fue el tiempo que tardaba el

cuello del envase en colapsar. Los resultados obtenidos (Figura 5.10), se corresponden con los

esperados teóricamente, debido a que el tiempo de colapso del cuello en los envases moldeados

con las mezclas tendió a disminuir a gran escala con respecto los de PEAD puro, como

consecuencia de la menor cristalinidad y densidad obtenida al introducir el PELBD. La gran

diferencia entre el tiempo de colapso promedio obtenido en los envases de formulación 90/10 M.

Físico y los envases de 6200 B pudiese atribuirse a la ligera diferencia que se obtuvo en el peso

promedio de los envases de cada material (Tabla 5.5), ya que los moldeados con PEAD

presentaron un peso promedio de casi 0,6 g mayor a los de la mezcla 90/10 M. Física, y al ser

más pesados, presentan mayor espesor y en consecuencia serán más resistentes a la compresión.

Lo mismo ocurre con los envases 80/20 M. Físico con respecto a los 90/10 M. Físico, ya que

aunque los primeros deberían tener menor resistencia a la compresión; el hecho de que éstos

presentan un peso promedio de casi 0,5 g mayor a los moldeados con la mezcla 90/10, hace que

ambos tiempos de colapso sean prácticamente iguales tomando en cuenta las barras de error.

En cuanto a la relación entre el tipo de mezclado utilizado y las propiedades a

compresión, se obtuvo que los envases M. Fundido presentaron menor resistencia a la

compresión que los M. Sólido. Siguiendo con la relación antes mencionada entre las propiedades

a compresión y el grado de cristalinidad, se podría decir que tal vez el mezclado en el fundido

pudo haber aportado mayor cantidad de defectos en ambas mezclas, causando una reducción de la

59

cristalinidad del material resultante; aunque en la mezcla 70/30, el hecho de que los envases M.

Sólido fueron más pesados que los M. Fundido pudo haber sido determinante.

0

100

200

300

400

500

600

t cola

pso (

seg)

6200 B

90/10 M. Sólido

80/20 M. Sólido

80/20 M. Fundido

70/30 M. Sólido

70/30 M. Fundido

Figura 5.10. Tiempo de colapso promedio del cuello de los envases de la primera corrida para cada formulación.

Tabla 5.5. Masa promedio de los envases obtenidos durante la primera corrida. Material % PEAD M promedio (g)

6200B 100 45,61 ± 0,01 90/10 M. Sólido 90 45,17 ± 0,05 80/20 M. Sólido 80 45,57 ± 0,13 70/30 M. Sólido 80 45,39 ± 0,02 80/20 M. Fundido 70 45,59 ± 0,13 70/30 M. Fundido 70 44,98 ± 0,10

Al existir cierta dependencia entre el peso de los envases y su resistencia a la compresión,

no sólo será importante controlar el contenido de PELBD en la mezcla para que las propiedades a

compresión no se vean desmejoradas en gran medida con respecto a las del PEAD, sino que

también será imprescindible jugar con el peso, porque reducciones muy drásticas en éste

pudiesen empeorar a gran escala la resistencia de los envases durante el apilamiento. Resulta

importante mencionar, que al mezclar el PEAD con PELBD, aunque se está disminuyendo la

resistencia del cuello para colapsar, también se está aumentando la flexibilidad de los envases

antes de romper, lo cual adquiere cierto interés, porque según los reclamos manejados por el

60

departamento de control de calidad, algunas de las fallas reportadas por el cliente son producto de

ruptura y derrame de aceite durante el apilamiento.

Tomando en cuenta los resultados obtenidos en la compresión, las mezclas más factibles

para realizar los ensayos de reducción de pesos son las 90/10 y 80/20 M. Físico, porque pueden

llegar a aumentar la flexibilidad y resistencia al impacto del envase sin desmejorar las

propiedades a compresión del PEAD a gran escala.

5.3.4. Curvas de control Con la ayuda de los datos recopilados en el departamento de control de calidad de la

empresa, se pudo determinar que las especificaciones del producto quedan definidas por límites

estadísticos determinados por los gráficos de control de cada una de las medidas tomadas en

cuenta en el proceso de control de calidad, junto con los límites acordados entre el proveedor y el

cliente. Es con estos límites de especificación que se procede a evaluar si un lote es aprobado y

rechazado y su importancia recae en que cuando el producto está dentro de especificación, las

necesidades del cliente se ven satisfechas y disminuye la cantidad de material que tiene que ser

reprocesado, produciendo ventajas económicas a la empresa en términos de energía, horas-

hombre y productividad. A pesar de que el requerimiento principal del control de calidad de un

producto es que éste se encuentre dentro de los límites de especificación, también es importante

trabajar con valores cercanos a los de las medidas nominales, sobretodo cuando se tratan medidas

como la masa, para prevenir el malgasto de materia prima.

Más que un carácter comparativo, el objetivo perseguido con la obtención de las gráficas

de control era comprobar si los productos se encontraban o no dentro de los límites de

especificación establecidos. Bajo este inciso, se procedió a realizar gráficos de control de todas

las especificaciones de cada una de las formulaciones. Las medidas tomadas en cuenta son las de

48 horas de tiempo post-moldeo, porque se supone que en este punto, la gran mayoría de los

cambios que ocurren en los envases han cesado, y aunque en términos de contracción se

determinó que el tiempo de post-moldeo no era un factor determinante en las dimensiones de los

mismos, a 48 h, el producto debe presentar propiedades y características más similares a las del

61

momento en que se hace el despacho al cliente. La población utilizada fue de 7 muestras para

cada material.

Las Figuras 5.11 a 5.13 corresponden a las curvas de control de las alturas que se miden

en el envase para todos los materiales utilizados, con su respectivo valor nominal y con los

límites superiores e inferiores de especificación. Apartando un poco las fluctuaciones que

comúnmente se encuentran producto de las inestabilidades del proceso y de los errores de

medición, lo más resaltante es que todos los valores se encuentran dentro de las especificaciones

del envase.

217

218

219

220

221

1 2 3 4 5 6 7

Nº Muestra

Hto

tal (

mm

)

206

207

208

209

210

1 2 3 4 5 6 7Nº Muestra

Hh/

cuel

lo (m

m)

Figura 5.11. Gráfico de control para la altura total de

los envases de la primera corrida. Figura 5.12. Gráfico de control para la altura hasta la base del cuello de los envases de la primera corrida.

10,0

10,5

11,0

11,5

12,0

1 2 3 4 5 6 7Nº Muestra

Hcu

ello

(m

m)

Figura 5.13. Gráfico de control para la altura de cuello de los envases de la primera corrida.

62

Las Figuras 5.14 a 5.16 muestran las curvas de control de los diámetros de cuello, externo

con rosca, externo sin rosca e interno. Nuevamente se observa que todos los envases se

encuentran dentro de la especificación del producto.

31,0

31,2

31,4

31,6

31,8

32,0

1 2 3 4 5 6 7Nº Muestra

φext

erno

c/r

osca

(mm

)

29,2

29,4

29,6

29,8

30,0

1 2 3 4 5 6 7Nº Muestra

φext

erno

s/ro

sca

(mm

)

Figura 5.14. Gráfico de control para el diámetro externo del cuello con rosca de los envases de la

primera corrida.

Figura 5.15. Gráfico de control para el diámetro externo del cuello sin rosca de los envases de la

primera corrida.

25,6

25,8

26,0

26,2

26,4

26,6

1 2 3 4 5 6 7Nº Muestra

φint

erno

(mm

)

Figura 5.16. Gráfico de control para el diámetro interno del cuello de los envases de la primera corrida.

Las Figuras 5.17 a 5.19 muestran las curvas de control de los espesores, la masa y el

volumen de sobrellenado para cada una de las formulaciones utilizadas. En adición a que todos

los puntos se encuentran dentro de la especificación, éstas muestran valores muy cercanos al

valor nominal del espesor.

63

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1 2 3 4 5 6 7Nº Muestra

ε (m

m)

42

44

46

48

1 2 3 4 5 6 7Nº Muestra

Mas

a (g

)

Figura 5.17. Gráfico de control para el espesor

circunferencial de los envases de la primera corrida. Figura 5.18. Gráfico de control para la masa de los

envases de la primera corrida.

1030

1040

1050

1060

1 2 3 4 5 6 7Nº Muestra

Vso

brel

lena

do (c

m3 )

Figura 5.19. Gráfico de control para el volumen de sobrellenado de los envases de la primera corrida.

Los resultados obtenidos mediante los gráficos de control, sugieren que al utilizar

cualquiera de las mezclas para moldear los envases de 45 g, se obtienen productos que se

encuentran dentro de la especificación. Este hallazgo es muy importante, ya que como se dijo

anteriormente, le brinda a la empresa una posibilidad de utilizar una combinación de materia

prima en momentos de escasez de PEAD, obteniendo productos que pueden llegar a satisfacer las

necesidades del cliente.

5.4. SEGUNDA CORRIDA EN PLANTA Tomando en cuenta el conjunto de resultados obtenidos durante la primera corrida en

planta, se determinó que las mezclas más factibles para realizar el estudio de reducción de peso

64

en los envases eran la 90/10 y la 80/20. Previo a la corrida, la empresa acordó participar en dos

reducciones de peso: la primera, en la cual se moldearían envases de aproximadamente 40 g de

ambas mezclas, y en la segunda éstos serían aproximadamente de 43 g. Las formulaciones sólo

fueron mezcladas en el mezclador orbital, para que las condiciones de manufactura del producto

fueran lo más parecidas posible a las que normalmente se utilizan en la empresa, en adición al

hecho de que mezclando en estado sólido se obtuvieron mejores propiedades a compresión. Bajo

este contexto se moldearon los envases respectivos a cada peso y formulación, y se procedió a

realizar las mismas mediciones llevadas a cabo durante la primera corrida.

5.4.1. Contracciones lineales

La Tabla 5.6 muestra las variaciones de las contracciones en la altura total en función de

la masa de los envases para cada tiempo de post-moldeo y para cada formulación. En lo que

respecta al tiempo de post-moldeo, es imposible obtener una relación entre éste y la contracción

en esta dimensión, ya que aunque los errores se encuentran por debajo del 10 % de las medidas,

el intervalo obtenido es tan estrecho que los resultados reportados para un mismo peso y para una

misma mezcla se solapan entre sí, por cual podría decirse que después de 0 h, los cambios

dimensionales en la altura total no son significativos.

Tomando en cuenta los resultados de una misma formulación y un mismo tiempo de post-

moldeo, se observa ligeramente que la relación entre la contracción y el peso de los envases

resultó ser directamente proporcional sólo en los envases de 40 y 45 g, ya que tomando en cuenta

los errores reportados, los valores obtenidos en los envases de 43 g se ven solapados con los de

los otros pesos. Esta relación proporcional entre estas dos variables, podría deberse al hecho de

que la masa del envase es proporcional al espesor del mismo; y en consecuencia, a 45 g es mayor

la cantidad de material caliente que queda en el núcleo del envase, por lo que el polímero

dispondrá de mayor energía para realizar los rearreglos necesarios, relajar las tensiones residuales

durante el post-moldeo y contraerse.

Por último, al estudiar los valores de contracción para un mismo peso y tiempo de post-

moldeo, fue difícil establecer conclusiones con respecto a la relación existente entre la proporción

de PEAD en la mezcla y las contracciones en esta dimensión: (a) aunque los errores no fueron

65

significativos, la mayoría de los valores obtenidos se solapan entre sí como consecuencia del

estrecho intervalo reportado en los resultados; y (b) únicamente en los envases de 40 g a 0 y 24 h

se observan ligeras diferencias que sugieren una relación inversamente proporcional entre las

contracciones y el % de PEAD, lo cual se desvía un poco de lo que en teoría debería esperarse, ya

que como se ha venido repitiendo en reiteradas ocasiones, a medida que la proporción de PEAD

es mayor, se espera una mayor cristalización del material, lo cual se traduce en un aumento de la

contracción. De cualquier manera, las diferencias reportadas no son significativas tomando en

cuenta los límites impuestos por los errores (aproximadamente 0,02 %), por lo cual no permiten

establecer un patrón claro de la relación entre la proporción de mezclado y las contracciones en

esta medida, ya que es probable que este último comportamiento se deba a los posibles errores

cometidos durante las mediciones.

Tabla 5.6. Contracciones de la altura total del envase para 0, 24 y 48 h de tiempo de post-moldeo en función de la proporción de PEAD y de la masa de los envases de la segunda corrida.

Mezcla Envase M promedio (g) % 0 horas % 24 horas % 48 horas P1 40,71 ± 0,05 1,66 ± 0,03 1,68 ± 0,02 1,70 ± 0,04 P2 42,93 ± 0,08 1,77 ± 0,04 1,84 ± 0,05 1,83 ± 0,03 90/10 P3 45,18 ± 0,02 1,86 ± 0,05 1,87 ± 0,04 1,91 ± 0,06 P1 40,60 ± 0,06 1,74 ± 0,02 1,75 ± 0,03 1,78 ± 0,04 P2 43,13 ± 0,02 1,83 ± 0,04 1,85 ± 0,03 1,88 ± 0,03 80/20 P3 45,53 ± 0,09 1,85 ± 0,04 1,88 ± 0,03 1,90 ± 0,04

En lo que respecta a las contracciones en la altura hasta la base del cuello (Tabla 5.7), las

tendencias obtenidas son muy parecidas a las descritas en el caso de la dimensión anterior. En

primer lugar, aunque los errores estuvieron por debajo del 10%, la cercanía de los valores no

permitió concluir algo concreto en lo que respecta a la influencia del tiempo de post-moldeo y la

proporción de mezclado sobre las contracciones en esta dimensión. Con respecto a la relación

entre la masa de los envases y la contracción, la mayoría de los resultados reportan diferencias

leves entre los envases de 40 y 45 g, que sugieren una relación directamente proporcional entre

estas variables, lo cual pudiese atribuirse al hecho de que la masa es directamente proporcional al

espesor, y tal como se ha venido mencionando, cuando éste último aumenta, es mayor la cantidad

de material caliente en el núcleo del envase, por lo cual el polímero podrá experimentar mayores

contracciones. Al igual que en la primera corrida, se vuelven a observar mayores valores de

66

contracción en la altura hasta la base del cuello que en la altura total, lo cual pudiese ser producto

de la presencia de contracciones localizadas en esta zona, tal como se explicó previamente.

Tabla 5.7. Contracciones de la altura hasta la base del cuello del envase para 0, 24 y 48 h de tiempo de post-moldeo en función de la proporción de PEAD y de la masa de los envases de la segunda corrida.


En relación a las dimensiones del cuello, las Tablas 5.8 y 5.9 muestran la relación entre

los valores de contracción de los diámetros externos del cuello con y sin rosca, y la masa de los

envases, el tiempo de post-moldeo y la proporción de mezclado. Lo primero que se observa, es

que al igual que en la primera corrida, los valores de contracción para ambas dimensiones se

ubican dentro de un intervalo mayor que en el caso de las alturas. Adicionalmente, aunque los

errores en todas las medidas estuvieron por debajo del 10%, el solapamiento de valores producto

de la cercanía existente entre éstos, hizo imposible concluir de manera clara la influencia del

tiempo de post-moldeo y de la proporción de mezclado sobre las contracciones en ambos

diámetros.

Con respecto a la relación entre la masa de los envases y las contracciones de estas

dimensiones, el solapamiento de los resultados, producto de los errores asociados, no permitió

observar una tendencia clara para ambas proporciones de mezclados en la mayoría de los tiempos

post-moldeo. En el caso del diámetro externo con rosca, sólo en los envases 80/20 de 40 y 45 g a

24 h, se observaron ligeras diferencias, que sugieren una relación inversamente proporcional

entre la masa y la contracción en esta dimensión. Con respecto al diámetro externo sin rosca, se

obtuvo una relación similar sólo en los envases 90/10 de 40 y 45 g a 24 h y los 80/20 de 40 y 45 g

a 0 h. En contraste con los resultados esperados, la teoría que se maneja dentro de la empresa es

que estas tendencias pudiesen deberse a que los cambios dimensionales que provocan

disminución de las alturas del envase hacen que los diámetros aumenten para originar una

compensación en las dimensiones del producto. De cualquier forma, las diferencias observadas

67

son tan mínimas, que pudiesen estar relacionadas con errores en la medición. Por último, aunque

los errores obtenidos estuvieron por debajo del 10% en todas las contracciones reportadas en la

segunda corrida, las desviaciones aproximadas estuvieron alrededor del 2,2% en el caso de las

alturas y 5,1% en el caso de los diámetros, lo cual se pudiese deber nuevamente a la menor

exactitud en el proceso de medición con el vernier con respecto al gramil.

Tabla 5.8. Contracciones del diámetro externo del cuello con rosca del envase para 0, 24 y 48 h de tiempo de post-moldeo en función de la proporción de PEAD y de la masa de los envases de la segunda corrida.


Tabla 5.9. Contracciones del diámetro externo del cuello sin rosca del envase para 0, 24 y 48 h de tiempo de post-moldeo en función de la proporción de PEAD y de la masa de los envases de la segunda corrida.


Los resultados obtenidos en esta sección permiten establecer que: (a) pudiesen llegar a

moldearse envases de 43 g o incluso de 40 g de cualquiera de las dos mezclas (80/20 y 90/10) sin

experimentar diferencias apreciables en las alturas y en los diámetros del cuello con respecto a

los de 45 g; y (b) que cualquiera de los productos estudiados en la segunda corrida pudiese se

despachado al cliente al finalizar el ciclo de moldeo, porque los cambios dimensionales después

de las 0 h, fueron imperceptibles en todas las dimensiones, mezclas y pesos.

5.4.2. Impacto por caída libre

Al igual que con los productos provenientes de la primera corrida, se ensayaron 20

envases de cada mezcla siguiendo el procedimiento estipulado en la norma Covenin respectiva,

desde una altura de 1,80 metros. Nuevamente, todos los envases pasaron la prueba, e incluso

68

muchos de ellos fueron lanzados hasta 5 veces para tratar de obtener una condición límite y

ninguno falló. En este caso, se obtuvo una clara mejoría de la resistencia al impacto por caída

libre de los envases más livianos obtenidos a partir de formulaciones 90/10 y 80/20 con respecto

a los de 45 g moldeados con PEAD puro, por lo cual se puede asegurar al cliente que los envases

formulados con mezclas PEAD/PELBD, podrán soportar solicitaciones más críticas en lo que a

impacto se refiere, incluso cuando son más livianos.

5.4.3. Propiedades a compresión Nuevamente, se realizaron dos ensayos de compresión utilizando las mismas condiciones

aplicadas en la primera corrida. El primero, correspondiente a los requerimientos de los envases

según la norma Covenin respectiva, reportó resultados positivos por el hecho de que todos los

envases resistieron más de 1 minuto con una presión mayor a la que contempla el procedimiento.

El segundo ensayo, de carácter destructivo, se realizó con el fin de descartar los envases

con las propiedades a compresión menos parecidas a los de PEAD puro. La Figura 5.20 muestra

la variación del tiempo de colapso para cada formulación y cada peso. El hecho más resaltante es

que al comparar envases de 43 y 40 g, se observa que la resistencia al colapsamiento de los

productos formulados utilizando mezcla 90/10 es mejor que los formulados con mezcla 80/20, lo

cual se apega a la tendencia esperada, ya que como se mencionó previamente, las mezclas con

mayor proporción de PEAD pueden cristalizar en mayor grado, y por esta razón, son las que

deberían presentar mayor resistencia a la compresión. En cuanto a los de 45 g, se obtuvo que la

resistencia a colapsar que presentan los envases 90/10 es prácticamente igual a la de los 80/20;

pero el hecho de que los últimos presentaran mayor masa (según lo expuesto en la sección 5.3.3),

los hace menos eficientes, tomando en cuenta que el objetivo principal de este proyecto consiste

en la disminución del consumo de materia prima. Esto apunta directamente hacia el descarte de la

mezcla 80/20 como materia prima para soplar los envases de aceite. Analizando los tiempos de

colapsamiento del cuello de una misma mezcla, fue posible comprobar la relación existente entre

el peso de los envases y la resistencia a la compresión planteada en la sección 5.3.3. Tomando en

cuenta estos resultados, sería impensable fabricar envases de 40 g con cualquiera de las mezclas

si los requerimientos a compresión del producto son elevados, a menos que se utilizara una

69

máquina con controlador de párison de varios puntos, que ayudase a reforzar las zonas más

críticas del envase. Por estas razones, tomando en cuenta las condiciones de manufactura del

producto, se puede decir, que si se desean sustituir los envases de 45 g de PEAD por envases de

menor masa, moldeados a partir mezclas PEAD/PELBD, lo más recomendable, siguiendo la

propuesta de fabricar un producto más flexible sin desmejorar a gran escala las propiedades de

los envases moldeados con PEAD virgen, es utilizar envases de 43 g de mezcla 90/10. Ahora

bien, si no se desea disminuir el peso de los envases, y se busca sólo aumentar la flexibilidad del

producto sin perseguir una reducción de los costos de fabricación del mismo, lo más

recomendable sería moldear envases de 45 g utilizando la mezcla 90/10, ya que la mezcla 80/20

pudiese tener influencias negativas sobre el ESCR de los envases, como consecuencia de la

menor resistencia al ataque por solvente que presenta el PELBD con respecto al PEAD utilizado;

lo cual pudiese traducirse en posibles reclamos del cliente, y por pérdidas económicas para la

empresa. Nuevamente, es importante destacar, que de acuerdo a los resultados obtenidos durante

la etapa experimental del proyecto, al introducir PELBD a la mezcla, los cuellos pueden colapsar

más rápido, pero el producto final, por ser más flexible, no romperá tan fácilmente, por lo cual el

derramamiento de aceite por ruptura, que es uno de los problemas principales del cliente durante

el almacenaje, pudiese verse solventado.

0

100

200

300

400

500

600

t cola

pso (

seg)

6200 B-45 g.90/10-M. Física-45 g.

90/10-43 g.90/10-40 g.

80/20-M. Física-45 g.80/20-43 g.

80/20-40 g.

Figura 5.20. Variación del tiempo de colapso del cuello de los envases en función de la proporción de PEAD en

la mezcla y la masa de los envases

70

5.4.4. Curvas de control

En el caso de los envases correspondientes a esta corrida, las curvas de control

constituyeron una herramienta de descarte importante para determinar cuales mezclas se

encontraban dentro de las especificaciones del cliente y cuales no. Las Figuras 5.21 a 5.23

muestran los gráficos de control correspondientes a cada una de las alturas que normalmente se

miden al envase para determinar si el lote es aprobado o rechazado. Aunque en todos los casos

los productos estuvieron dentro de los límites de especificación del cliente, las alturas totales y

hasta la base del cuello tendieron a estar muy cerca al límite de especificación superior, lo cual

pudiese ser consecuencia de que los envases de menor masa se contraen menos en esa dirección,

y por ende, las alturas obtenidas son mayores. En lo que respecta a la altura de cuello, los envases

se mantuvieron cercanos al valor nominal de esta medida, como consecuencia de que esta

magnitud es producto de un cálculo y no de una medición.

217

218

219

220

221

1 2 3 4 5 6 7Nº Muestra

Hto

tal (

mm

)

206

207

208

209

210

1 2 3 4 5 6 7Nº Muestra

Hh/

cuel

lo (m

m)

Figura 5.21. Gráfico de control para la altura total de

los envases de la segunda corrida. Figura 5.22. Gráfico de control para la altura hasta la base del cuello de los envases de la segunda corrida.

71

10,0

10,5

11,0

11,5

12,0

1 2 3 4 5 6 7Nº Muestra

Hcu

ello

(mm

)

Figura 5.23. Gráfico de control para la altura de cuello de los envases de la segunda corrida.

En cuanto a las magnitudes radiales del cuello (Figuras 5.24 a 5.26), las mediciones

muestran una disminución del diámetro externo del cuello con y sin rosca con respecto al valor

nominal, lo cual puede deberse al posible efecto compensativo de los diámetros y las alturas

mencionado al hablar de contracciones. En cuanto al diámetro interno, los valores estuvieron muy

cercanos al diámetro nominal de esta medida. Una primera evidencia del descarte de los envases

de 40 g de mezcla 90/10 es que la curva correspondiente al diámetro externo sin rosca muestra

que el producto se encuentra fuera de la especificación, lo cual sería motivo de rechazo interno

del producto.

31,0

31,5

32,0

1 2 3 4 5 6 7Nº Muestra

φext

erno

c/r

osca

(mm

)

29,0

29,5

30,0

0 1 2 3 4 5 6 7 8Nº Muestra

φext

erno

s/ro

sca

(mm

)

Figura 5.24. Gráfico de control para el diámetro externo del cuello con rosca de los envases de la

segunda corrida.

Figura 5.25. Gráfico de control para el diámetro externo del cuello sin rosca de los envases de la

segunda corrida.

72

25,5

26,0

26,5

1 2 3 4 5 6 7Nº Muestra

φint

erno

(mm

)

Figura 5.26. Gráfico de control para el diámetro interno del cuello de los envases de la segunda

corrida.

En cuanto a otras mediciones como son el espesor, la masa y el volumen de sobrellenado

(Figuras 5.27 a 5.29) las curvas de control muestran que, en general, los envases de 40 g se

encuentran totalmente fuera de los límites de especificación del producto. En el espesor por

ejemplo, los envases de menor peso de ambas formulaciones se encuentran por debajo del límite

de especificación inferior, mientras que la mayoría de las medidas de los envases moldeados a 43

g aunque están cercanas a este límite, se encuentran dentro de los estándares, lo cual se debe a

que como se ha dicho en reiteradas oportunidades el espesor es directamente proporcional a la

masa del envase. Aunque las curvas de las masas reportan resultados obvios, la intención es hacer

referencia a que trabajando a 43 g aparte de que los envases poseen mejores propiedades que a 40

gr., se trabaja dentro de los requerimientos del cliente, el cual es uno de los aspectos más

importantes al modificar las propiedades de un producto. En cuanto al volumen de sobrellenado,

los envases de 40 g tendieron a salirse del límite de especificación superior, lo cual se debe

principalmente a que por estos poseer menor espesor de pared, admitirán una mayor cantidad de

líquido en su interior. Nuevamente se observa que trabajando a 43 g los envases entran dentro de

la especificación, lo cual es muy importante porque un aumento muy grande del volumen de

sobrellenado, puede dar la sensación de que el envase está más vacío de lo que normalmente se

encuentra, lo cual puede causar descontento a nivel del consumidor final.

73

0,6

0,8

1,0

1 2 3 4 5 6 7Nº Muestra

ε (m

m)

40

42

44

46

48

1 2 3 4 5 6 7Nº Muestra

Mas

a (g

)

Figura 5.27. Gráfico de control para el espesor

circunferencial de los envases de la segunda corrida. Figura 5.28. Gráfico de control para la masa de los

envases de la segunda corrida.

1030

1040

1050

1060

1 2 3 4 5 6 7Nº Muestra

Vso

brel

lena

do (c

m3 )

Figura 5.29. Gráfico de control para el volumen de sobrellenado de los envases de la segunda corrida.

A partir de las curvas de control, se pudo determinar definitivamente, que si se deseaba

utilizar la mezcla 90/10 para reducir el peso del producto, sería necesario descartar los envases de

40 g, porque muchas de las medidas del control de calidad que normalmente se aplican, se

encontraban fuera de los límites de especificación del producto.

5.5. PRUEBA DE DESPRENDIMIENTO SCOTCH Uno de los aspectos importantes al introducir cambios en la materia prima, es ver si las

propiedades de impresión del producto muestran alguna variación en los casos en que la

identificación del mismo se lleve a cabo mediante impresión directa. Para determinar si existe

desprendimiento, el procedimiento utilizado en la empresa consiste en dejar secar la tinta durante

un tiempo de 72 horas y luego aplicar cinta plástica Scotch para verificar si la tinta permanece

74

intacta en el envase una vez desprendido el trozo de cinta. Al aplicar este procedimiento a los

envases correspondientes a las formulaciones 90/10 y 80/20, se observó un ligero

desprendimiento de la tinta en todos los envases de ambas mezclas (Figura 30), lo cual pudo

deberse principalmente a que el PELBD utilizado corresponde a un grado de extrusión de

película tubular, y contiene una serie de aditivos como deslizantes y antibloqueo entre otros, que

en la mayoría de los casos migran a la superficie de la película para poder ejercer sus funciones.

El hecho de que los envases moldeados con PEAD virgen no mostraron desprendimiento pudiese

estar sugiriendo una posible interacción de alguno de estos aditivos con la tinta utilizada. De

cualquier manera, se verificó, en conjunto con el departamento de control de calidad de la

empresa, que este defecto no es crítico en lo que se refiere a este producto, porque las

condiciones del ensayo son exageradas en comparación a las que en realidad está sometido

normalmente.

Figura 5.30. Desprendimiento de tinta observado en los envases 90/10 y 80/20 al realizar la prueba Scotch.

5.6. ENSAYO DE APILAMIENTO Aunque de acuerdo a los ensayos de compresión destructivos realizados en la primera y la

segunda corrida, sirvieron para determinar que la resistencia a la compresión y al apilamiento era

inversamente proporcional a la proporción de PELBD en la formulación y a la masa de los

envases, la finalidad principal del ensayo de apilamiento simulado era determinar de manera

cuantitativa, la durabilidad de los envases de 43 g correspondientes a la mezcla 90/10, al imponer

condiciones más cercanas a las que en realidad éstos soportan durante el almacenaje llevado a

cabo por el cliente. Con este fin, se llenaron con agua 12 envases de 43 g correspondientes a la

Desprendimiento de tinta

75

mezcla 90/10 hasta sus capacidades nominales, y se colocaron en una disposición uniforme, para

aplicar un peso semejante al aplicado durante el apilamiento mediante la colocación de paletas

plásticas de 25 Kg cada una. El mismo procedimiento, se aplicó a envases de 45 g de PEAD puro

para determinar de manera comparativa de que manera se verían afectadas las propiedades a

compresión de los envases al aplicar los cambios correspondientes.

Al aplicar el peso de 2 paletas plásticas, el cual correspondía aproximadamente al peso

soportado por la fila base durante el almacenaje de 1 paleta de envases llenos (ver sección A.9.),

según datos suministrados por el cliente, ambos arreglos soportaron un tiempo de 2 días sin sufrir

cambios físicos apreciables. Posteriormente, se colocaron 2 paletas más a ambos arreglos, con lo

cual se estaba aplicando el peso aproximado que soporta la fila base durante el almacenaje de 2

paletas montadas una encima de la otra. El arreglo se mantuvo por 5 días y los envases no

mostraron cambios físicos apreciables. Luego se procedió a colocar 2 paletas más en cada

arreglo, con lo cual se estaba simulando el almacenaje de 3 paletas una encima de la otra, y

durante 2 días los cambios físicos de los envases fueron prácticamente imperceptibles. Con los

resultados anteriores, la empresa fijó condiciones límites para el ensayo con la finalidad de tomar

las decisiones respectivas. Estas condiciones eran montar 2 paletas más para simular el peso

soportado durante el apilamiento de 4 paletas. Los envases de ambos materiales soportaron

aproximadamente 13 días, y al cabo de este tiempo, los de 43 g de mezcla 90/10 fallaron. Al

finalizar los 13 días, la empresa ordenó suspender el montaje porque las evidencias eran más que

suficientes para concluir que al utilizar envases 90/10 de 43 g, las propiedades a compresión del

producto se verían desmejoradas.

Al concluir el proyecto, se pudo determinar que siguiendo con el objetivo de disminuir la

cantidad de materia prima consumida en la manufactura de este producto, los envases más

recomendables para introducir en la línea de producción de la empresa son los de 43 g de mezcla

90/10 porque brindan propiedades más cercanas a los de 45 g de PEAD en términos de: (a)

contracciones lineales en las alturas y los diámetros externos del cuello, (b) propiedades a

compresión y (c) posiblemente ESCR. Además pudiesen llegar a presentar mayor flexibilidad y

resistencia al impacto que los de PEAD. Si la reducción en el peso de los envases no fuese un

factor crítico para la empresa, los más recomendables serían los de 45 g de mezcla 90/10, porque

76

sus propiedades serían aún más cercanas a las de los envases de PEAD, y se estaría asegurando al

cliente, la manufactura de un producto más flexible, que pudiese llegar a soportar mayores

solicitaciones a impacto de lo que ha soportado hasta ahora.

Un aspecto importante que no se menciona a lo largo de la discusión, es la perspectiva del

proyecto desde un punto de vista económico. En cuanto a la reducción de peso, se realizó un

análisis de costos, y se determinó el % de materia prima y de dinero que se ahorra al disminuir la

masa de los envases en 2 y 5 g. En cuanto a la utilización de mezclas, también se realizó un

estudio económico, que reportó que era factible emplear PELBD en las formulaciones por ser un

poco más económico que el PEAD. De cualquier forma, los resultados obtenidos en el estudio de

costos no fueron reportados para no dejar al descubierto aspectos delicados de la empresa.

CAPÍTULO VI

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 6.1. Conclusiones

• En las mezclas PEAD/PELBD, los MFI obtenidos resultaron ser menores que los de las

resinas vírgenes; pero no se pudo determinar la influencia del % de PEAD sobre el MFI, como

consecuencia del solapamiento de resultados.

• La densidad en estado sólido del PEAD resultó ser mayor a la del PELBD; pero al evaluar

la influencia del % de PEAD en la densidad de las mezclas, los resultados no fueron del todo

concluyentes, por el solapamiento de los valores.

• Las propiedades mecánicas como el Módulo de Young (E) y el esfuerzo de fluencia (σy)

tendieron a desmejorar a medida que disminuía la cantidad de PEAD en la mezcla, mientras que

el esfuerzo de ruptura (σb) y la deformación de ruptura (εb) tendieron a aumentar.

• Las formulaciones mezcladas en el estado fundido presentaron color amarillento al

compararlas con las mezcladas en el estado sólido.

• Los envases provenientes de la materia prima mezclada en estado fundido presentaron

puntos negros, lo cual pudiese atribuirse a una posible degradación del material o del

Masterbatch.

77

• Tomando en cuenta las contracciones en las alturas y en los diámetros del cuello de los

envases 90/10, 80/20 y 70/30 de 45 g, se pudo determinar: (a) que es posible moldear envases de

cualquiera de las mezclas, sin que los productos experimenten cambios apreciables con respecto a

los moldeados con PEAD; (b) que el tipo de mezclado, no es significativo en los cambios en las

dimensiones medidas, por lo que se podría utilizar el método que implique menores costos de

producción; y (c) que los cambios dimensionales que experimenta el envase después de ser

desmoldado no son importantes.

• Mediante el control de calidad rutinario, se demostró que los envases de 45 g

correspondientes a todas las formulaciones estuvieron dentro de los límites de especificación del

producto.

• Todos los envases de 45 g aprobaron la prueba de apilamiento contemplada en la norma

Covenin respectiva; pero al realizar ensayos destructivos, para determinar las propiedades a

compresión de forma comparativa, se obtuvo una menor resistencia del cuello del envase al

aumentar la proporción de PELBD en la formulación.

• Al estudiar las contracciones en las alturas y en los diámetros de cuello en los envases

80/20 y 90/10 de 40 y 43 g, se pudo determinar: (a) que pudiesen moldearse envases de 43 e

incluso de 40 g utilizando cualquiera de las mezclas, sin que los productos experimenten cambios

importantes con respecto a los de PEAD de 45 g; y (b) que los cambios dimensionales que

experimentan los envases una vez desmoldados, no son importantes.

• En general, las contracciones lineales, fueron mayores en el caso de las diámetros, que en

las alturas, lo cual pudiese deberse a que la zona del cuello es la que presenta mayores espesores

y se encuentra más caliente que el resto del envase al finalizar el ciclo de moldeo.

• Las propiedades a compresión de los envases provenientes de la segunda corrida,

resultaron ser directamente proporcionales al peso de los mismos y a la proporción de PEAD en

la formulación.

78

79

• Al estudiar las curvas de control de los envases de la segunda corrida, se determinó que

los envases de 40 g de formulación 90/10 y 80/20 se encontraron fuera de los límites de

especificación del producto, mientras que los de 43 g estuvieron dentro de los estándares.

• En cuanto a las propiedades de impacto medidas, los envases de todas las formulaciones y

pesos aprobaron las pruebas por caída libre de manera satisfactoria, incluso bajo condiciones más

críticas que las que requiere el producto.

• En caso de aprobar la reducción de peso de los envases, lo más conveniente es trabajar

con los de 43 g de formulación 90/10, debido a que se encuentran dentro de la especificación del

cliente, y presentan propiedades más parecidas a los envases moldeados de 45 g moldeados con

PEAD.

6.2. Recomendaciones

• Se recomienda la utilización de un controlador de parison como herramienta para reforzar

las zonas más débiles de los envases de 43 g de mezcla 90/10, y de esta forma, asegurar buenas

propiedades a compresión durante el apilamiento.

• Es aconsejable realizar estudios similares, pero con máquinas que posean controlador de

parison, para verificar la posibilidad de poder reducir aún más el peso de los envases de aceite

CARK-OIL.

• Es recomendable el desarrollo de proyectos similares pero utilizando sólo materia prima

grado extrusión-soplado, para así evitar la posible migración de aditivos que puedan afectar las

propiedades de impresión de los envases.

• Este estudio es reproducible para casos de productos que requieran mejoras en la

resistencia al impacto, y no necesiten altas propiedades de ESCR, por lo que es importante

estudiar la factibilidad de realizar estas mezclas para reducir el peso de otros envases

pertenecientes a la línea de producción de INJACA.

BIBLIOGRAFÍA

(1) Mark H, Bikales N., Overbereger C. y Menges J., “Encyclopedia of Polymer Science &

Engineering”, Wiley-Interscience, USA, 2da. Edición (1986).

(2) Peacock A.J., “Handbook of PE”, Marcel Dekker, Inc., USA, 2da. Edición (2000).

(3) Salamone J. C., “Polymeric Materials Encyclopedia”, CRC Press, Inc., USA (1996).

(4) Rauwendaal C., “Polymer Mixing: A Self-Study Guide”, Hanser/Gardner Publications,

Inc., USA (1998).

(5) “El moldeo por extrusión soplado”. Disponible en:

http://www.plastunivers.com/Tecnica/Hemeroteca/ArticuloCompleto.asp?ID=6167.

Consulta: [Noviembre 7, 2006].

(6) Charrier J. M., “Polymeric Materials and Processing”, Hanser Publishers, USA (1990).

(7) Mark H., “Encyclopedia of Polymer Science and Technology”, Wiley-Interscience, USA,

3ra. Edición (2004).

(8) Fisher E., “Blow Moulding of Plastics”, The Plastics Institute, Inglaterra, 1 era. Edición

(1971).

(9) Hensen F., “Plastics Extrusion Technology”, Hanser Publishers, USA (1988).

(10) “Seminario de Resinas Altaven/Lagotene para la Extrusión Soplado de Envases”.

80

(11) “Envases Plásticos: Condiciones Generales de seguridad”. Disponible en:

http://www.mtas.es/Insht/ntp/ntp_382.htm. Consulta: [Septiembre 5, 2006].

(12) Millas R., “Plastics Technology”, Mc. Graw Hill, USA (1973).

(13) Cho K., Lee B., Hwang K., Lee H., Chow S., “Rheological and Mechanical Properties in

Polyethylene blends”, Polymer Engineering and Science, 38 (12), 1969 (1998).

(14) Hay J. N, Zhou S., “The Effect of Mixing on the properties of polyethylene blends”,

Polymer, 34(11), 2282 (1993).

(15) Rana S. K., “Blend of High-Density Polyethylene and a Linear Low-Density Polyethylene

with Compositional-Invariant Mechanical Properties”, Journal of Applied Polymer

Science, 83, 2604 (2002).

(16) Liu C., Wang J., He J., “Rheological and thermal properties of m-LLDPE blends with m-

HDPE and LDPE”, Polymer, 43, 3811 (2004).

(17) Gupta A. K., Rana S. K., Deopura B. L., “Crystallization Behavior of High-Density

Polyethylene/Linear Low-Density Polyethylene Blend”, 44, 719 (1992).

(18) Chi-Ying Wong A., “Study of the relationships Between Melt Index, Density, and Blend

Ratio of Binary Polyethylene Blends”, Polymer Engineering and Science, 31(21), 1549

(1991).

(19) Barrios C., “Estudio de las propiedades mecánicas de mezclas de polietileno y su relación

con la estructura”, Coordinación de Ingeniería de Materiales, Tesis de Pre-grado de la

Universidad Simón Bolívar (2004).

81

82

(20) Hussein I., “Implications of Melt Compatibility/Incompatibility on Thermal and

Mechanical Properties of Metallocene and Ziegler-Natta Linear Low-Density

Polyethylene (LLDPE) blends with High-Density polyethylene (HDPE): Influence of

Composition Distribution and Branch Content of LLDPE”, Polymer International, 53,

1327 (2004).

(21) “Hoja técnica del PEAD Venelene 6200B”. Disponible en:

http://www.polinter.com.ve/index.asp?lng=&det=&cod=2-

6200B&edt=&prt=2006011500000010&admtab. Consulta: [Octubre 12, 2006].

(22) Certificado de Análisis de Masterbatch Amarillo Spectra SM- 1065.

(23) Manual INJACA para moldes de soplado.

(24) “Hoja técnica del PELBD Venelene 11F1”. Disponible en:

http://www.polinter.com.ve/index.asp?lng=&det=&cod=1-

11F1&edt=&prt=2006011500000009&admtab=. Consulta: [Octubre 12, 2006].

(25) Norma ASTM D 1238, “Standard Test Method for Melt Flow Rates of Thermoplastics by

Extrusion Plastometer”, ASTM, USA (2002).

(26) Norma ASTM D 638, “Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics”, ASTM,

USA (2002).

(27) ASTM D 792-00, “Standard Test Methods for Density and Specific Gravity (Relative

Density) of Plastics by Displacement”, ASTM, USA (2001).

(28) ASTM D 2911, “Standard Specification for Dimensions and Tolerances for Plastic

Bottles”, ASTM, USA (2001).

83

(29) Fondonorma: Esquema 16 (R), “Norma Venezolana Covenin. Envases Plásticos.

Determinación de la Resistencia al Impacto por Caída Libre”, Venezuela (2006).

(30) Fondonorma: Anteproyecto 849 (R), “Norma Venezolana Covenin. Envases Plásticos.

Determinación de la Resistencia a la Compresión”, Venezuela (2006).

(31) ASTM D 955-00, “Standard Test Method of Measuring Shrinkage from Mold

Dimensions of Thermoplastics”, ASTM, USA (2000).

(32) Sánchez J., “Relación estructura-propiedades de mezclas de PEAD y nuevos polietilenos

ramificados”, Coordinación de Ingeniería de Materiales, Tesis de Maestría de la

Universidad Simón Bolívar (1997).

(33) “Polimerización de Olefinas”. Disponible en:

http://www.uclm.es/profesorado/fcarrillo/TEMASCATALISIS/POLIMERIZACION2.ppt

Consulta: [Enero 19, 2007].

(34) Epacher E., Fekete E., Gahleitner M., Pukánszky B., “Chemical reactions during the

processing of stabilized PE: 1. Discolouration and stabilizer consumption”, Polymer

Degradation and Stability, 63, 489 (1999).

(35) Herbst H., Hoffmann K., Pfaendner R., Zweifel H., “Upgrading of Recyclates- The

Solution for High Value Applications: Restabilization and Repair”.

(36) Brydson J. “Plastics Materials”, Butterworth Heinemann, Inglaterra, 7ma. Edición (1999).

(37) “Relación entre la estructura y las propiedades del Polietileno”. Disponible en:

http://www.textoscientificos.com/polimeros/polietileno/relacion.

Consulta: [Diciembre 8, 2006].

(38) “Part and Mold Design: A Design Guide”, Bayer Material Science.

84

(39) Hussein I., “Melt Miscibility and Mechanical Properties of Metallocene Linear Low-

Density Polyethylene blends with High-Density Polyethylene: Influence of Comonomer

Type”, Polymer International, 54, 1330 (2005).

(40) Popli R., Mandeldern L., “Influence of Structural and Morphological Factors on the

Mechanical Properties of the Polyethylenes”, Journal of Polymer Science: Part B:

Polymer Physics, 25, 441 (1987).

(41) “Moldeo por inyección”. Disponible en:

http://materias.fcyt.umss.edu.bo/tecno-II/PDF/cap-233.pdf.

Consulta: [Enero 20, 2007]

(42) Bendada A., Erchiqui F., Kipping A., “Understanding heat transfer mechanisms during

the cooling phase of blow molding using infrared thermography”, NDT&E International,

38, 433 (2005).

APÉNDICE

A.1 Determinación del valor del MFI

Para determinar el MFI se uso el procedimiento que estipula la norma ASTM D 1238 (24).

El factor de conversión utilizado tomando en cuenta los MFI teóricos de cada uno de los

materiales fue 1,67. Los MFI que muestra la tabla A.1 son el promedio de tres mediciones, con su

respectiva desviación estándar.

arecolectadMasagMFI ×=

67,1

min10 Ec. A.1

Tabla A.1. Valores de MFI con sus respectivos errores para cada material. Material MFI promedio (g/10 min)

PEAD 0,380 ± 0,020 90/10 0,270 ± 0,010 80/20 0,271 ± 0,003 70/30 0,281 ± 0,003

PELBD 0,629 ± 0,003

A.2. Determinación de la densidad de las muestras

La densidad de las muestras (ρ) fue determinada utilizando el procedimiento que estipula

la norma ASTM D 792 (26) según el cual, la densidad en estado sólido viene determinada por la

Ec. A. 2.

−+×=

bwaa

cmg 9975,03ρ Ec. A. 2

Donde; a: Masa de la muestra sin sumergir; b: Masa de la muestra inmersa en agua y w:

Masa del alambre. Los valores utilizados se muestran en la tabla A.2

85

86

Tabla A.2. Valores utilizados para el cálculo de la densidad de cada material. Material a (g) w (g) b (g)

0,942 0,773 0,736 0,804 0,773 0,742 PEAD 0,815 0,773 0,745 0,806 0,773 0,728 0,797 0,773 0,729 90/10 0,734 0,773 0,733 0,856 0,773 0,727 0,803 0,773 0,726 80/20 0,832 0,773 0,727 0,899 0,773 0,721 0,766 0,773 0,727 70/30 0,719 0,773 0,732 0,721 0,773 0,721 0,707 0,773 0,728 PELBD 0,651 0,773 0,735

La Tabla A.3 muestra los valores de densidad promedio con sus respectivos errores para

cada uno de los materiales

Tabla A.3. Valores de densidad promedio con sus respectivos errores para cada material. Material %PEAD ρpromedio(g/cm3)

PEAD 100 0,962 ± 0,002 90/10 90 0,946 ± 0,001 80/20 80 0,945 ± 0,002 70/30 70 0,943 ± 0,001

PELBD 0 0,937 ± 0,006

A.3. Ensayos mecánicos

A continuación se muestran las tablas utilizadas en la construcción de cada una de las

gráficas de los parámetros mecánicos estudiados. Los promedios corresponden a 5 medidas.

Tabla A.4. Valores de Módulo de Young promedio con sus respectivos errores para cada material. Material %PEAD E promedio (MPa)

PEAD 100 1237 ± 28 90/10 90 1063 ± 92 80/20 80 924 ± 60 70/30 70 554 ± 50

PELBD 0 220 ± 9

87

Tabla A.5. Valores de Esfuerzo de fluencia promedio con sus respectivos errores para cada material. Material %PEAD σy promedio (MPa)

PEAD 100 24,4 ± 0,5 90/10 90 21,3 ± 0,8 80/20 80 20,5 ± 0,8 70/30 70 16,7 ± 0,4

PELBD 0 9,0 ± 0,1

Tabla A.6. Valores de deformación de ruptura promedio con sus respectivos errores para cada material. Material %PEAD %εb promedio

PEAD 100 385 ± 24 90/10 90 463 ± 18 80/20 80 547 ± 37 70/30 70 569 ± 32

PELBD 0 580 ± 52

Tabla A.7. Valores de esfuerzo de ruptura promedio con sus respectivos errores para cada material. Material %PEAD σb promedio (MPa)

PEAD 100 18 ± 2 90/10 90 21± 1 80/20 80 26 ± 2 70/30 70 26 ± 3

PELBD 0 27 ± 3 A.4. Cálculo de las contracciones lineales

Las contracciones lineales fueron calculadas utilizando el procedimiento contemplado en

la norma ASTM D 955-00 (30). Para el cálculo de las contracciones en las alturas totales y hasta la

base del cuello se utilizaron las Ec. A.3 y A.4. Para la determinación de las contracciones en los

diámetros externos del cuello con y sin rosca se utilizaron las Ec. A. 5 y A.6.

100% ×−

=molde

eenvasmoldetotal Ht

HtHtCH Ec. A.3

100%/

/// ×

−=

moldech

eenvaschmoldechcuelloh H

HHCH Ec. A.4

100%/.

/.//. ×

−=

moldercext

eenvasrcextmolderextcroscacextC

φφφ

φ Ec. A.5

88

100%/.

/././. ×

−=

moldersext

eenvasrsextmoldersextroscasextC

φφφ

φ Ec. A.6

Donde; Ht molde: Altura total del molde, Ht envase: Altura total del envase, H h//c molde: Altura

hasta la base del cuello en el molde, H h/c envase: Altura hasta la base del cuello del envase, φext. c/r

molde: Diámetro externo del cuello con rosca en el molde, φ ext. c/r envase: Diámetro externo del cuello

con rosca en el envase, φ ext. s/r molde: Diámetro externo del cuello sin rosca en el molde y φ ext. s/r

envase: Diámetro externo del cuello sin rosca en el envase.

A.5. Volumen de sobrellenado

Para calcular el volumen de sobrellenado se siguió el procedimiento estipulado en la

norma ASTM D 2911 (27) (Ec. A.7).

997,0)( 3 VLL

dosobrellenaMM

cmV−

= Ec. A.7

Donde: MLL corresponde a la masa de los envases llenos de agua hasta el sobrellenado; y

MV corresponde a la masa de los envases vacíos.

A.6. Apilamiento según norma Covenin

Para determinar la resistencia durante el apilamiento de los envases llenos de aceite se

procedió a realizar el cálculo de presión tal como lo indica el procedimiento A del anteproyecto

de la norma de compresión Covenin (29). Primeramente, se investigó la manera en que el cliente

apila los envases una vez llenos. 1 paleta contiene 5 pisos, cada uno de 13 cajas de aceite. Cada

caja contiene 24 unidades de aceite, que llenas pesan 886,0 g aproximadamente. La fuerza de

compresión que soporta cada envase de la fila base de una paleta durante el apilamiento se

determinó mediante la Ec. A.8.

( ) ( ).2215,04.886,0 Kgfunidadesunidad

KgFcompresión =×

= Ec. A.8

89

El área del pistón conductor del aparato de compresión utilizado se calculó con la fórmula

del área de un círculo (Ec. A.9).

( )222

26,104

)62,3(14,34

cmD

A pistónpistón ≈

×=

×Π= Ec. A.9

Finalmente, la presión de compresión calculada utilizando un factor de seguridad 2 vino

dada por la Ec. A.10.

≈

×=

×= 2

.7,026,102215,022

cmKgf

AF

Ppistón

compresióncompresión Ec. A.10

A.7. Tiempo de colapso

La Tabla A.8 muestra los valores utilizados para realizar las gráficas del tiempo de

colapso correspondientes a la primera y segunda corrida.

Tabla A.8. Tiempos de colapso con sus respectivos errores para los envases correspondientes a cada una de las mezclas y pesos obtenidos a lo largo de la primera y la segunda corrida.

Material t colapso (seg.) Error (seg.) 6200 B 45 gr. 505 13

90/10 45 gr. M. Físico 193 19 90/10 43 gr. M. Físico 84 10 90/10 40 gr. M. Físico 23 1 80/20 45 gr. M. Físico 186 29

80/20 45 gr. M. Fundido 92 12 80/20 43 gr. M. Físico 29 5 80/20 40 gr. M. Físico 11 1 70/30 45 gr. M. Físico 45 6

70/30 45 gr. M. Fundido 25 6 A.8. Gráficos de control

Las Tablas A.9 a A.17 contienen los valores utilizados para obtener los gráficos de control

de los envases correspondientes a la primera corrida.

90

Tabla A.9. Alturas totales de los envases obtenidos durante la primera corrida para cada formulación y tipo de mezclado.

Mezclas en estado sólido Mezclas en el fundido Nº Muestra 6200B (mm) 90/10 (mm) 80/20 (mm) 70/30 (mm) 80/20 (mm) 70/30 (mm)

1 219,46 219,45 219,15 218,98 219,35 219,29 2 219,46 219,38 219,39 219,10 219,36 219,22 3 219,45 219,30 219,37 219,09 219,41 219,27 4 219,52 219,41 219,32 219,14 219,33 219,36 5 219,39 219,40 219,37 219,08 219,31 219,22 6 219,35 219,06 219,35 219,23 219,43 219,35 7 219,58 219,22 219,34 219,20 219,39 219,31

Tabla A.10. Alturas hasta la base del cuello de los envases obtenidos durante la primera corrida para cada

formulación y tipo de mezclado. Mezclas en estado sólido Mezclas en el fundido

Nº Muestra 6200B (mm) 90/10 (mm) 80/20 (mm) 70/30 (mm) 80/20 (mm) 70/30 (mm)1 208,44 208,37 208,35 208,23 208,36 208,12 2 208,44 208,43 208,41 208,37 208,39 208,17 3 208,34 208,29 208,53 208,31 208,31 208,33 4 208,49 208,33 208,45 208,28 208,41 208,26 5 208,33 208,31 208,36 208,22 208,32 208,04 6 208,37 208,19 208,41 208,35 208,44 208,08 7 208,57 208,13 208,46 208,23 208,51 208,20

Tabla A.11. Alturas de cuello de los envases obtenidos durante la primera corrida para cada formulación

y tipo de mezclado. Mezclas en estado sólido Mezclas en el fundido


Tabla A.12. Diámetros externos del cuello con rosca de los envases obtenidos durante la primera corrida para cada formulación y tipo de mezclado.


1 31,35 31,40 31,58 31,39 31,45 31,44 2 31,35 31,40 31,42 31,50 31,42 31,43 3 31,42 31,40 31,48 31,41 31,41 31,49 4 31,34 31,33 31,43 31,37 31,41 31,43 5 31,40 31,38 31,40 31,39 31,40 31,44 6 31,42 31,40 31,37 31,36 31,41 31,41 7 31,43 31,40 31,44 31,36 31,47 31,45

91

Tabla A.13. Diámetros externos del cuello sin rosca de los envases obtenidos durante la primera corrida para cada formulación y tipo de mezclado.


1 29,45 29,38 29,38 29,39 29,34 29,38 2 29,45 29,36 29,41 29,39 29,44 29,48 3 29,39 29,45 29,46 29,47 29,46 29,43 4 29,55 29,38 29,40 29,37 29,42 29,37 5 29,43 29,42 29,40 29,40 29,45 29,36 6 29,39 29,39 29,55 29,39 29,34 29,35 7 29,48 29,42 29,42 29,35 29,39 29,40

Tabla A.14. Diámetros internos del cuello de los envases obtenidos durante la primera corrida para cada

formulación y tipo de mezclado. Mezclas en estado sólido Mezclas en el fundido


Tabla A.15. Espesores circunferenciales de los envases obtenidos durante la primera corrida para cada formulación y tipo de mezclado.


1 0,78 0,77 0,77 0,77 0,77 0,76 2 0,77 0,77 0,78 0,77 0,74 0,76 3 0,75 0,76 0,79 0,78 0,75 0,75 4 0,75 0,75 0,78 0,77 0,77 0,76 5 0,79 0,74 0,76 0,80 0,77 0,75 6 0,76 0,74 0,78 0,74 0,77 0,75 7 0,75 0,76 0,79 0,77 0,77 0,75

Tabla A.16. Masa de los envases obtenidos durante la primera corrida para cada formulación y tipo de mezclado.

Mezclas en estado sólido Mezclas en el fundido Nº Muestra 6200B (gr.) 90/10 (gr.) 80/20 (gr.) 70/30 (gr.) 80/20 (gr.) 70/30 (gr.)

1 46,10 45,00 45,50 45,60 44,70 45,80 2 45,30 45,10 45,60 45,80 45,10 45,10 3 45,20 45,00 45,20 45,60 45,00 45,90 4 45,50 45,10 45,60 45,60 44,80 45,50 5 45,80 45,20 45,20 45,50 45,20 45,20 6 45,90 45,60 45,20 45,30 45,20 45,20 7 45,40 45,40 45,50 45,80 45,40 45,60

92

Tabla A.17. Volúmenes de sobrellenado de los envases obtenidos durante la primera corrida para cada formulación y tipo de mezclado.

Mezclas en estado sólido Mezclas en el fundido Nº Muestra 6200B (cm3) 90/10 (cm3) 80/20 (cm3) 70/30 (cm3) 80/20 (cm3) 70/30 (cm3)

1 1047,34 1048,04 1046,84 1048,45 1047,44 1045,34 2 1048,35 1049,35 1046,84 1046,54 1048,55 1046,54 3 1049,15 1048,45 1048,95 1047,24 1047,94 1045,64 4 1048,35 1048,45 1046,74 1046,64 1049,65 1046,44 5 1047,44 1047,74 1047,24 1047,64 1047,14 1047,04 6 1047,24 1047,44 1048,35 1047,54 1046,74 1047,34 7 1048,24 1047,84 1046,64 1047,34 1046,54 1045,84

Las Tablas A.18 a A.26 contienen los valores utilizados para obtener los gráficos de control de los

envases correspondientes a la segunda corrida.

Tabla A.18. Alturas totales de los envases obtenidos durante la segunda corrida para cada formulación y

peso. 90/10 80/20 Muestra Nº P1 (mm) P2 (mm) P1 (mm) P2 (mm)

1 219,86 219,57 219,47 219,37 2 219,76 219,54 219,54 219,33 3 219,77 219,51 219,71 219,37 4 219,69 219,39 219,59 219,51 5 219,89 219,55 219,59 219,35 6 219,68 219,38 219,60 219,35 7 219,81 219,47 219,71 219,36

Tabla A.19. Alturas hasta la base del cuello de los envases obtenidos durante la segunda corrida para cada

formulación y peso. 90/10 80/20 Muestra Nº P1 (mm) P2 (mm) P1 (mm) P2 (mm)

1 208,86 208,58 208,52 208,33 2 208,79 208,48 208,58 208,27 3 208,84 208,55 208,66 208,47 4 208,68 208,44 208,78 208,49 5 208,91 208,66 208,74 208,36 6 208,76 208,39 208,70 208,38 7 208,78 208,46 208,79 208,39

93

Tabla A.20. Alturas de cuello de los envases obtenidos durante la segunda corrida para cada formulación y peso.

90/10 80/20 Muestra Nº P1 (mm) P2 (mm) P1 (mm) P2 (mm)

1 11,00 11,00 10,95 11,04 2 10,97 11,06 10,96 11,06 3 10,93 10,97 11,05 10,90 4 11,01 10,95 10,81 11,02 5 10,98 10,89 10,85 10,99 6 10,92 10,99 10,91 10,97 7 11,04 11,02 10,92 10,97

Tabla A.21. Diámetros externos con rosca del cuello de los envases obtenidos durante la segunda corrida

para cada formulación y peso. 90/10 80/20 Muestra Nº P1 (mm) P2 (mm) P1 (mm) P2 (mm)

1 31,44 31,38 31,44 31,34 2 31,40 31,35 31,46 31,39 3 31,42 31,39 31,42 31,42 4 31,42 31,34 31,44 31,46 5 31,38 31,41 31,46 31,44 6 31,45 31,42 31,44 31,34 7 31,45 31,41 31,43 31,41

Tabla A.22. Diámetros externos sin rosca del cuello de los envases obtenidos durante la segunda corrida

para cada formulación y peso. 90/10 80/20 Muestra Nº P1 (mm) P2 (mm) P1 (mm) P2 (mm)

1 29,26 29,46 29,36 29,37 2 29,27 29,37 29,37 29,37 3 29,37 29,34 29,35 29,43 4 29,24 29,37 29,34 29,38 5 29,26 29,37 29,39 29,47 6 29,28 29,33 29,36 29,37 7 29,20 29,35 29,47 29,37

Tabla A.23. Diámetros internos del cuello de los envases obtenidos durante la segunda corrida para cada

formulación y peso. 90/10 80/20 Muestra Nº P1 (mm) P2 (mm) P1 (mm) P2 (mm)

1 26,08 26,18 26,14 26,09 2 25,99 26,16 26,10 26,23 3 26,07 26,15 26,15 26,22 4 26,00 26,19 26,15 26,14 5 26,12 26,20 26,14 26,20 6 26,12 26,17 26,05 26,13 7 26,07 26,19 26,08 26,15

94

Tabla A.24. Espesores circunferenciales de los envases obtenidos durante la segunda corrida para cada formulación y peso.

90/10 80/20 Muestra Nº P1 (mm) P2 (mm) P1 (mm) P2 (mm)

1 0,64 0,67 0,68 0,70 2 0,67 0,70 0,68 0,73 3 0,66 0,71 0,63 0,71 4 0,67 0,72 0,67 0,70 5 0,66 0,73 0,64 0,70 6 0,67 0,73 0,65 0,70 7 0,66 0,74 0,66 0,70

Tabla A.25. Masa de los envases obtenidos durante la segunda corrida para cada formulación y peso. 90/10 80/20 Muestra Nº P1 (gr.) P2 (gr.) P1 (gr.) P2 (gr.)

1 40,60 42,80 40,90 43,30 2 40,60 43,10 40,80 43,10 3 40,60 43,10 40,70 43,20 4 40,50 43,10 40,40 43,00 5 40,60 43,20 40,60 43,10 6 40,80 42,50 40,80 43,20 7 40,90 43,20 40,50 42,90

Tabla A.26. Volúmenes de sobrellenado de los envases obtenidos durante la segunda corrida para cada formulación y peso.

90/10 80/20 Muestra Nº P1 (cm3) P2 (cm3) P1 (cm3) P2 (cm3)

1 1057,37 1051,65 1054,86 1049,65 2 1056,77 1052,56 1055,37 1050,55 3 1056,77 1052,16 1056,57 1050,25 4 1055,17 1052,56 1057,37 1051,55 5 1057,27 1052,06 1055,87 1052,96 6 1056,77 1052,96 1056,37 1051,05 7 1055,57 1052,76 1057,07 1052,36

A.9. Simulación de apilamiento

Al realizar los cálculos respectivos, se determinó que con una conformación como la que

se observa en la Figura A.1, se puede aproximar el peso que resiste cada envase según la Ec.

A.12. Posteriormente se determinó el peso que soportaba cada envase de la fila base de la paleta

durante el almacenamiento de 1, 2, 3 y 4 paletas de envases llenos con aceite, y el peso

equivalente en términos de paleta de plástico que habían que colocar durante el desarrollo del

ensayo (Tabla A.27).

95

Figura A.1. Configuración utilizada para llevar a cabo la simulación del apilamiento durante el almacenaje

121total

envaseP

P = Ec. A.11

Tabla A.27. Relaciones calculadas para comparar las condiciones de almacenamiento reales con las condiciones impuestas en el ensayo de apilamiento

#P. A. P. C. E. A. (Kgf.) #P. E. P. C. E. E. (Kgf.) 1 3,5 2 4,2 2 8,0 4 8,3 3 12,4 6 12,5 4 16,8 8 16,7

Donde: #P. A. corresponde al número de paletas que puede llegar a almacenar el cliente

una encima de la otra; P. C. E. A. corresponde al peso que soporta cada uno de los envases

durante el almacenaje real; #P. E. equivale al número de paletas que se utilizaron en el ensayo

para simular el apilamiento en cada una de las condiciones y P. C. E. E. corresponde al peso

soportado por cada uno de los envases durante la simulación del apilamiento.

Paleta de 25 Kg.

Envase lleno de agua

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OPTIMIZACIÓN DE LAS PROPIEDADES FINALES DE …159.90.80.55/tesis/000141620.pdf · 0,946 L manufacturado mediante el proceso de extrusión-soplado, utilizando mezclas de PEAD/PELBD