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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 mono- tornillo. 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.
Mezcla Envase M promedio (g) % 0 horas % 24 horas % 48 horas P1 40,71 ± 0,05 1,85 ± 0,05 1,83 ± 0,04 1,85 ± 0,04 P2 42,93 ± 0,08 1,94 ± 0,04 2,03 ± 0,06 1,99 ± 0,04 90/10 P3 45,18 ± 0,02 2,07 ± 0,02 2,06 ± 0,04 2,09 ± 0,05 P1 40,60 ± 0,06 1,89 ± 0,03 1,91 ± 0,04 1,90 ± 0,05 P2 43,13 ± 0,02 2,02 ± 0,05 2,04 ± 0,06 2,04 ± 0,04 80/20 P3 45,53 ± 0,09 2,06 ± 0,04 2,01 ± 0,03 2,09 ± 0,03
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.
Mezcla Envase M promedio (g) % 0 horas % 24 horas % 48 horas P1 40,71 ± 0,05 3,53 ± 0,15 3,45 ± 0,09 3,44 ± 0,08 P2 42,93 ± 0,08 3,45 ± 0,15 3,37 ± 0,14 3,34 ± 0,10 90/10 P3 45,18 ± 0,02 3,38 ± 0,10 3,34 ± 0,10 3,33 ± 0,08 P1 40,60 ± 0,06 3,52 ± 0,15 3,50 ± 0,12 3,40 ± 0,05 P2 43,13 ± 0,02 3,43 ± 0,17 3,31 ± 0,09 3,39 ± 0,14 80/20 P3 45,53 ± 0,09 3,27 ± 0,17 3,23 ± 0,12 3,26 ± 0,16
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.
Mezcla Envase M promedio (g) % 0 horas % 24 horas % 48 horas P1 40,71 ± 0,05 3,48 ± 0,17 3,43 ± 0,13 3,43 ± 0,17 P2 42,93 ± 0,08 3,38 ± 0,18 3,25 ± 0,18 3,39 ± 0,14 90/10 P3 45,18 ± 0,02 3,40 ± 0,17 3,06 ± 0,17 3,29 ± 0,11 P1 40,60 ± 0,06 3,46 ± 0,11 3,41 ± 0,14 3,37 ± 0,14 P2 43,13 ± 0,02 3,34 ± 0,14 3,29 ± 0,11 3,32 ± 0,13 80/20 P3 45,53 ± 0,09 3,14 ± 0,15 3,25 ± 0,12 3,31 ± 0,12
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.
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Density) of Plastics by Displacement”, ASTM, USA (2001).
(28) ASTM D 2911, “Standard Specification for Dimensions and Tolerances for Plastic
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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
Nº Muestra 6200B (mm) 90/10 (mm) 80/20 (mm) 70/30 (mm) 80/20 (mm) 70/30 (mm)1 11,02 11,08 11,00 10,92 10,94 10,86 2 11,03 10,95 10,96 11,03 10,83 10,93 3 11,11 11,01 10,88 11,06 10,96 10,76 4 11,03 11,08 10,88 11,04 10,95 10,88 5 11,07 11,10 10,96 11,16 10,90 11,04 6 10,98 10,87 11,03 11,01 10,91 11,15 7 11,01 11,10 10,93 11,11 10,81 11,00
Tabla A.12. Diámetros externos del cuello con rosca 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 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.
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 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
Nº Muestra 6200B (mm) 90/10 (mm) 80/20 (mm) 70/30 (mm) 80/20 (mm) 70/30 (mm)1 26,22 26,19 26,14 26,12 26,22 26,10 2 26,26 26,19 26,19 26,17 26,17 26,16 3 26,19 26,14 26,14 26,13 26,11 26,07 4 26,13 26,12 26,10 26,18 26,07 26,12 5 26,16 26,10 26,13 26,21 26,17 26,19 6 26,11 26,20 26,16 26,14 26,05 26,17 7 26,16 26,10 26,09 26,13 26,20 26,07
Tabla A.15. Espesores circunferenciales 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 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).
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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