Cinco problemas en el moldeo por soplado de botellas de plástico PET

Cómo hacer frente al espesor de pared no uniforme en el moldeo por soplado y estirado es una cuestión crucial que deben abordar los procesadores diariamente.

Aquí presentamos algunas de las muchas condiciones que se deben cumplir para lograr la mejor distribución de la pared en una botella PET. Así mismo, incluimos otros cuatro temas comunes, aplicables tanto a los procesos de una y de dos etapas.

1.    Espesor desigual de la pared 

Una de las propiedades más destacadas del PET es su capacidad de auto nivelación. Esto significa que cuando una parte de la preforma empieza a estirarse primero, el mismo acto del estiramiento induce una resistencia al alargamiento, lo que hace más resistente el proceso de estiramiento.

Esto obliga a que se estiren partes adyacentes que estaban quizás un poco más frías, y en ese movimiento de estiramiento y pausa, la preforma se convierta en una botella que puede tener una diferencia de 0.001 pulgadas en el espesor de pared en la circunferencia de una botella redonda.

Sin embargo, muchas botellas muestran diferencias mucho mayores. Como sucede en todos los procesos de transformación de plástico, existen una serie de condiciones que debe darse con el fin de lograr el resultado descrito. A continuación exponemos, en orden de relevancia, varios temas que pueden afectar el espesor de la pared.

Desviación del punto de inyección.  Esta es de lejos la causa más común de los problemas del espesor de la pared. El resultado del proceso de moldeo por inyección debe centrarse en el moldeo por soplado y mantenerse firme cuando las altas presiones de aire conviertan la burbuja de la preforma pre inflada en una botella. De otra manera, el espesor de pared irá donde el punto de inyección vaya y ninguna auto nivelación podrá evitarlo.

Estas son las causas más comunes de este defecto:

La barra de estiramiento no sujeta la preforma suficientemente. Típicamente, la distancia entre la barra de estiramiento y la base del moldeo por soplado debe ajustarse en 0.040 pulgadas menos que el grosor de pared del punto de inyección de la preforma. Esto garantiza que la preforma no puede deslizarse durante la alta presión del soplado. A medida que las preformas se vuelven más delgadas, estas brechas se tornan más pequeñas.

La presión del pre soplado es demasiado alta y /o muy temprana.  La línea de estiramiento tiene que conectar con la preforma antes de que la presión del pre soplado tenga la oportunidad de soplar el punto de inyección de la preforma. Cuando se conecta, el pre soplado no puede ser tan alto como para desviar la preforma de la línea. La cantidad requerida de presión de pre soplado depende del espesor y temperatura de la preforma.

Con esto, los operarios pueden tener que experimentar con presiones diferentes para probar su efecto. Lo mismo se aplica para cuándo se introduce la preforma.  En el proceso de moldeo por soplado estirado de dos etapas esto se controla más por la posición que por el tiempo, y con frecuencia el retraso del comienzo de la presión mantiene el punto de inyección en el centro.

La alta presión se hace demasiado temprano. La alta presión puede no estar energizada antes de que la línea de estiramiento haya presionado firmemente la preforma contra la base del molde soplado. De lo contrario, incluso las pequeñas diferencias en temperatura o espesor de pared de la preforma moverán invariablemente el centro del punto de inyección. Nuevamente, en la mayoría de las máquinas esto se controla mediante la posición, y el operario tiene que asegurarse de que se ajusta correctamente.

La base del molde soplado no se mecaniza correctamente. Con el fin de ayudar a la línea de estiramiento en la fijación de la preforma, se hace un hueco pequeño en la base del molde de soplado. Esto deja espacio para el producto inyectado al final de la preforma y evita que la preforma se deslice.  

Barra de estiramiento doblada. Las barras de estiramiento son usualmente muy robustas con diámetros de 0.5 pulgadas y no se doblan fácilmente. Pero las botellas livianas de agua requieren el estiramiento de la base entera y con frecuencia las barras de estiramiento se adelgazan al final para lograr un área de contacto más pequeña y un efecto de enfriamiento sobre la preforma. O, en el caso de botellas con cuellos pequeños de 20 mm para aplicaciones cosméticas, las barras de estiramiento robustas simplemente no se ajustan.

Las barras delgadas pueden doblarse mucho más fácilmente y se sabe incluso que barras más gruesas se doblan ocasionalmente. En cualquier caso, una barra doblada se reconocerá fácilmente, ya que desviará el punto de inyección siempre en la misma dirección mientras que otros defectos ocurren inesperadamente.

La preforma se dobla antes de entrar al moldeo por soplado. Esto es algo que sucede con más frecuencia en el moldeo por estirado soplado de una sola etapa y tiene una causa diferente. En el proceso de dos etapas esto puede ocurrir cuando el grosor de la pared de la preforma tiene diferencias de más de 0.004 pulgadas.

Esto conlleva un calentamiento desigual – es decir, el lado más delgado se calienta más y este lado puede luego contraerse más que el lado más frío entre las preformas al salir de los hornos y el moldeo por soplado. En ese caso, la barra de estiramiento desvía la preforma y la transporta al moldeo soplado de la misma manera.

En el soplado estirado de una sola etapa podría haber otro problema además de las posibles diferencias  de espesor de pared: Una distribución desigual del calor de la preforma. Esto se debe a que el calentamiento viscoso crea un anillo de material caliente dentro del plástico fundido. Cuando el canal de alimentación se divide normalmente en dos flujos, el material más caliente se queda en la parte trasera y no fluye hacia adelante y esto se nota en el espesor desigual de pared. 

Calentamiento o enfriamiento desiguales. Es frustrante para los procesadores ver que la entrada está en el centro de una botella redonda pero las paredes muestran diferencias de 0.004 pulgadas o más. Esto usualmente indica que un lado de la preforma está más frío que el otro.  El lado más caliente se estira más y se adelgaza más en los procesos de una sola etapa. Puede ser que el aire esté soplando sobre las preformas después de que han dejado de rotar. También he visto que cuando las preformas no giran durante el tiempo que están en el sistema de hornos, el calor del metal del horno calienta el lado de la preforma que está expuesta hacia él. Una cámara térmica es muy útil para detectar diferencias de calor y ubicar sus fuentes.

Índices pequeños de estiramiento. Para que funcione el efecto de auto nivelación arriba descrito, las preformas deben estirarse tanto en la dirección vertical como en la del plano de la circunferencia. Los índices mínimos son: 2:1 en el vertical y 4:1 en el plano de la circunferencia. Pero las limitaciones de diseño, especialmente en botellas pequeñas de 12 onzas, o el proceso mismo pueden evitar que los diseñadores pongan en marcha índices de estiramiento suficientemente grandes. Como resultado, el material no puede estirar completamente las partes más frías y quedan gruesas.

En muchos casos se adquieren preformas que tiene el correcto acabado del cuello y peso pero no están diseñadas para la aplicación en particular en las que serán usadas. Esto conlleva índices de estiramiento inadecuados en toda o en parte de la botella.

2. Brillo perlado y opacidad

Estos son problemas de naturaleza opuesta que, sin embargo, pueden ser difíciles de distinguir, ya que ambos llevan a un blanqueamiento de la botella.

El brillo perlado también se llama blanqueo bajo tensión. Cuando el PET se estira demasiado, su microestructura se puede romper, y la pared resultante muestra una serie de pequeños círculos blancos, por lo tanto se hace la conexión con "perlas".

El estiramiento excesivo es una función tanto de espesor de pared como de la temperatura, es decir, una pared delgada a una temperatura muy por encima del punto de transición vítrea se puede comportar perfectamente bien, mientras que una pared más gruesa, pero más fría puede mostrar un brillo perlado.

El brillo perlado siempre sucede en el interior de la botella porque el interior de la preforma tiene que estirarse mucho más. Entendiendo esto se hace más fácil resolver el problema. Si el área afectada es muy delgada, debe ser enfriada y el área por debajo de ella se debe calentar para traer más material en la parte blanquecina de la botella. Si es razonablemente gruesa, la temperatura en esta sección (o general) se debe aumentar para permitir que se estire más fácilmente.

En el moldeo por soplado de dos etapas (recalentamiento), esto se consigue cambiando la configuración de la lámpara o de la ventilación. En el moldeo de una sola etapa, el calor total es controlada por el tiempo de sostenimiento y enfriamiento, mientras que se puede utilizar un cambio en la velocidad de inyección para cambiar la temperatura en la preforma.

La opacidad se desarrolla cuando el PET, ya sea en la etapa de inyección o de soplado se calienta más allá de aproximadamente 115 ° C (240 ° F) y se deja que se enfríe, incluso en un corto período de tiempo. A esta temperatura, las moléculas de PET tienen la libertad suficiente para formar cristales, y eso es precisamente lo que van a hacer, ya que permite un estado de energía más bajo.

En dos etapas, la lámpara responsable puede encontrarse fácilmente y debe disminuirse su temperatura o aumentar ventilación para mantener la temperatura de la preforma por debajo de 115 ° C / 240 ° F. La opacidad siempre ocurre en el exterior de la preforma y la ventilación enfriará esta parte más que el interior. En el proceso de una sola etapa, el tiempo de refrigeración y / o el tiempo de retención son los que se incrementan para combatir la opacidad.

3. Fuerza de carga superior insuficiente

A medida que el peso de las botellas se reduce constantemente para ahorrar en el uso de resina, la fuerza de carga superior se ha convertido en una cuestión mucho más importante. La carga superior se mide generalmente en botellas vacías en un dispositivo adecuado con velocidad ajustable.

El valor medido se compara entonces con la carga estática (cuántas botellas están encima de la capa inferior en el pallet) y es multiplicado por un factor de seguridad (o ignorancia) para tener en cuenta las cargas dinámicas cuando un camión va por un bache y toda la carga se acelera hacia arriba y abajo.

Multiplicar la carga estática por dos, tres, o cuatro, no es un método muy científico, y algunas empresas han medido la carga real en un camión en movimiento a veces con resultados sorprendentes.

El mejor rendimiento en carga superior depende casi exclusivamente del espesor de pared y el diseño de la botella. Las botellas colapsan en la parte más débil de la botella,  sea hombro, parte inferior, o el cuerpo. Los procesadores deben saber dónde falló la botella para que puedan mover más material a esta zona.

Una cuestión inquietante es que los valores de carga superior de las botellas vacías no son de interés para nadie, ya que las botellas vacías no fallan debido a la carga superior. Algunas botellas mostrarán el mismo comportamiento si están llenas o vacías, pero otras se van a desempeñar hasta cuatro veces mejor cuando están llenas.

4. Insuficiente juego de la base o base redondeada

Todas las botellas tienen lo que se conoce generalmente como un empuje hacia arriba o push-up: el centro de la base se curva hacia el interior en varios grados. Esto es para asegurar que la botella se apoye en el borde exterior de la base o, en el caso de botellas para bebidas carbonatadas, en los pies, típicamente cinco. Este centro de empuje hacia arriba siempre se reducirá hacia el exterior en cierta medida.

Cuando está demasiado caliente después del moldeo, se moverá hacia afuera tanto que empieza a sobresalir más allá de los límites del borde externo, y la botella se "balancea" en vez de sostenerse derecha. También puede suceder que la presión de aire residual dentro de la botella empuja el centro de la parte inferior cuando se abre el molde, a pesar de que esto es una ocurrencia más bien rara.

En algunas máquinas, los chorros de aire de refrigeración soplan en las partes inferiores de las botellas después del moldeo para evitar esta contracción hacia afuera. De lo contrario, el procesador tiene que reducir el calor en la parte inferior de la preforma o aumentar el tiempo de enfriamiento.

El juego de la base, la distancia del centro de la parte inferior de botella a los pies, es de suma importancia para bebidas carbonatadas. Esto es porque la carbonatación en el producto puede ejercer una presión de hasta 70 psi dentro de la botella.

Esta presión empuja entonces sobre el disco central de la base de la botella, que por lo tanto tiene que tener algún espacio para moverse antes de que se exceda la profundidad de los pies. El juego de la base debe medirse en intervalos cortos, por lo general de 2 horas. A menudo es el único parámetro que impide a las máquinas correr más rápido debido al tiempo de enfriamiento necesario.

5. Resistencia insuficiente al impacto

Las botellas deben soportar una caída desde 1 a 2 metros conteniendo agua a alrededor de 4 ° C (40 ° F) para simular las condiciones en un refrigerador doméstico. Al contrario de las poliolefinas, el PET no se rompe en la esquina más delgada (a menos que haya un brillo perlado u opacidad); puede abollarse pero no se romperá gracias a que es altamente orientado en estos puntos finos.

Por tanto, una falta de orientación es la causa más común de falla, que se encuentra más a menudo en botellas personalizadas con relaciones de estiramiento pequeñas y es más común en moldeo de una sola etapa que en dos etapas.

En dos etapas de moldeo, una temperatura más fría de preforma obligará a una mayor orientación en el material y mejorará el rendimiento. En los procesos de una sola etapa, se deben agregar enfriamiento o tiempo de mantenimiento, lo que aumentará el tiempo de ciclo.

El tiempo de retención tiene más impacto debido a que la preforma se contrae fuera del núcleo durante la fase de enfriamiento y por lo tanto se prefiere. Cuando las preformas son recalentados hasta el punto de opacidad, las áreas cristalinas son más frágiles y también pueden fallar. Se aplica el mismo remedio.