Nuevos desarrollos en MFI: mejores herramientas para mejor calidad

El medidor de índice de fluidez es un instrumento requerido si se desea trabajar con las normas de aseguramiento de la calidad ISO 9000 puesto que la prueba se emplea para verificar el estado de la materia prima que entra a las máquinas de procesamiento, sea esta virgen o reutilizada. La medición del índice de fluidez se rige por el estándar ASTM D 1238 o su equivalente, la prueba ISO 1133. Esta es una prueba relativamente simple que mide la cantidad de resina fundida que fluye a través del equipo, que en el argot de la industria recibe el nombre de plastómetro. Esta medición se puede hacer en términos de peso (método A) o de volumen (método B) y se hace en una unidad de tiempo de 10 minutos, con una carga y temperatura determinadas. La carga se aplica sobre la resina fundida a manera de un peso constante, para obligarla a pasar a través de un orificio de dimensiones estándar. La temperatura se escoge de acuerdo con la resina a ensayar y está especificada en las normas. Junto con la cantidad recogida en 10 minutos se reporta también la carga aplicada y la temperatura empleada en la prueba.

Los procesadores usan los resultados de la prueba para aceptar o rechazar la compra de materia prima nueva o también para comparar las resinas suministradas por diferentes proveedores. En términos generales puede afirmarse que la cantidad de resina que pasa por el plastómetro en las condiciones fijadas, es inversamente proporcional al peso molecular del polímero. Por lo tanto, es un instrumento que sirve para evaluar de manera indirecta el grado de polimerización o de degradación de una resina o mezclas de ésta.

Sin embargo, los procesadores deben tener en cuenta las limitaciones que ofrece la prueba. Una de ellas y quizás la más importante, es que el patrón de flujo corresponde a un régimen de muy bajos esfuerzos de cizalladura (de hasta 200 seg-1). Por un lado, son pocos los procesos de conversión de plásticos que se realizan en este régimen, probablemente el moldeo por compresión y el calandreo. Por otro, las verdaderas variaciones en peso molecular muchas veces se "revelan" más claramente en condiciones de esfuerzos altos de cizalladura.

Tanto los métodos ASTM 1238 como ISO 1133 ofrecen las opciones de los métodos A y B. El primero se refiere al procedimiento manual mediante el cual el laboratorista corta la cantidad extruida que sale del plastómetro en un intervalo de tiempo dado, medido con cronómetro. Esta cantidad se pesa y reporta en gramos y su valor se extrapola al que se obtendría en el equipo si la prueba se realizara en 10 minutos. Los pesos usados para ejercer carga sobre la resina se mantienen entre 1,2 y 21,6 kg, de acuerdo con las instrucciones de la norma. Como se explicó antes, también se reporta la temperatura de la prueba. El método B es más sencillo ya que no requiere hacer cortes en la resina extruida o pesarla. El volumen de la resina se obtiene de la geometría del barril y la distancia de avance del pistón en el barril en un periodo de tiempo. En este caso, el laboratorista solamente alimenta el plastómetro con resina e inicia la prueba. El instrumento realiza el resto de la operación. Existen equipos semiautomáticos que detectan la posición del pistón en cualquier momento.

La facilidad de la operación es una ventaja del método B. Debido a esto, el usuario puede realizar varias pruebas para dar un mayor valor estadístico a los resultados y eliminar la posibilidad de interferencia causados por vacíos o impurezas en la muestra. Una desventaja es la necesidad de conocer con exactitud el valor de la densidad de la resina fundida para poder hacer una comparación con los resultados del método A o para reportar los datos en términos de peso. Por esto, el método B puede ser más apropiado para plantas que procesan muy pocos materiales y el método A, para plantas que procesan varios tipos de resinas. Por otro lado, si el valor esperado del índice de fluidez es muy bajo, del orden de 0,5 g/10 min, es aconsejable contar un equipo que use el método B y que a la vez tenga instalado un codificador digital para detectar los movimientos leves que se producen en el pistón.

Entre los lanzamientos comerciales de los últimos meses se resaltan las siguientes innovaciones:

Goettfert afirma haber reinventado el método A básico para medir el índice de fluidez de resinas. La referencia se denomina MP Series, y consiste en un plastómetro de extrusión con ventajas en el diseño pero a un precio asequible. Para operar el equipo de la referencia MP-A se requiere solamente un cronómetro. El modelo MP-B ofrece un mecanismo interno de cronómetro y opera en conjunción con un computador PC integrado en el equipo. Para usar el primero de estos modelos se aplica las normas ASTM D-1238 o ISO 1133, procedimiento A. Sus características claves son: cuenta con dos zonas de calentamiento; el canal de prueba y el dado pueden ser cambiados con facilidad; el pistón puede opcionalmente estar integrado a un sistema de guía; las pesas opcionalmente pueden estar en el rango de 0,325 a 21,6 kg; otra opción es un sistema neumático para elevar las pesas y para purgar el remanente de resina en el equipo y por último, el equipo tiene la opción de contar con una unidad para cortar el material fundido.

El medidor de índice de fluidez MP-B hace registros de manera automática siguiendo el procedimiento B, de nuevo, de acuerdo con las normas ASTM D-1238 e ISO 1133. Sus características más importantes son: el manejo del equipo se puede hacer a través de una pantalla táctil, en donde se programa la operación y se leen los resultados; un CPU control, toma los datos y hacer las evaluaciones de los mismos, cuenta con dos zonas de calentamiento; un transductor mide el volumen desplazado de resina; ofrece la posibilidad de conexión a un PC en serie; puede también conectarse a una impresora; el canal de pruebas puede ser intercambiado con facilidad así como el dado de extrusión; el pistón puede contar opcionalmente con una guía; el suministro de las pesas entre 0,325 a 21,6 kg es opcional; también es opcional el suministro del sistema neumático para elevar las pesas en el equipo así como para realizar el proceso de purgado del mismo; la unidad de corte de la resina caliente también es opcional.

El modelo Melt Flow Tester MFT 130 es el más avanzado tecnológicamente de la familia de medidores de índice de fluidez de Ceast, afirma su fabricante. Se afirma que está diseñado para suplir las mayores exigencia s de sus usuarios en términos de rango de operación y de resinas que se pueden probar. Las medidas tomadas en este equipo se caracterizan por ser altamente precisas y reproducibles, no solamente puede el equipo aplicar una fuerza automática constante sobre la muestra sino que el material puede alojarse en el barril antes de comenzar la prueba a un tiempo determinado posterior. Una celda de carga hace que el pistón compacte el material en el barril con una fuerza que puede ser seleccionada entre 300 y 1300 N. Después de realizar manualmente la inserción de la muestra en el equipo, el resto del procedimiento se realiza automáticamente. El precalentamiento se hace en dos fases diferentes: en la primera el material es sometido a un esfuerzo de cizalladura y en el segundo, el material se deja reposar en el barril sin someterlo a esfuerzos. En la primera fase pueden anotarse dos subdivisiones: después que el material es insertado en el barril, es compactado por medio de una fuerza específica y luego se le aplica otra que es igual a la del ensayo. Antes de comenzar la segunda fase se retira el material en exceso hasta llegar el punto donde se comenzará la prueba. De esta manera se asegura que los resultados puedan ser precisos.

El equipo ofrece la posibilidad de efectuar los pasos de acondicionamiento de manera manual, especialmente la aplicación de la presión y el control del tiempo de residencia del material en el barril. Esta opción facilita el manejo de resinas sensibles a la manipulación y permite también en estos casos obtener resultados reproducibles, afirma su fabricante. El material residual en el barril se elimina automáticamente y la posibilidad de rotar el horno facilita la limpieza del instrumento. El programa de computación WINMFT130 maneja el procedimiento de la operación del equipo y realiza el análisis de los datos almacenados.

Dynisco Polymer Test mejoró su popular serie de medidores de índice de fluidez LMI4000 adicionando detalles que facilitan el funcionamiento del equipo. Entre estos la compañía menciona los elevadores neumáticos y eléctricos, los cuales son ideales para elevar las pesas del equipo en presencia o ausencia de aire comprimido. Una opción de corte automático mejora la aplicación del método A de la norma ASTM D-1238. Una cuchilla es actuada por una bobina solenoide y corta el extruido de resina fundida de acuerdo con una programación escogida por el usuario. Esta característica remueve la influencia del operario y hace los resultados más precisos.

La serie de equipos LMI400 cuenta con un microprocesador de 32 bits, que le permite efectuar un control superior de los parámetros de la prueba así como la realización de tareas de autodiagnóstico y calibraciones digitales. El modo de calibración RTD está disponible como una opción para verificar el estado del codificador digital, que mide el recorrido del pistón y el flujo de extrusión. En el computador el usuario puede controlar la temperatura en un rango de +/- 0,1ºC usando un algoritmo PID único de Dynisco. También ofrece la posibilidad de conectarse a un PC con el programa MIWORKS de la compañía, para Windows, que actúa como una base de datos de índices de fluidez.

Otro medidor de índice de fluidez avanzado fue presentado recientemente por Tinius Olsen, que ofrece la posibilidad de calcular y desplegar la velocidad de extrusión de la resina. El modelo MP600 se suministra como una unidad básica, con características modulares que puede ser expandido con la adición de paquetes de accesorios. Estos paquetes aumentan la capacidad de automatización del plastómetro de extrusión, llegando hasta la posibilidad de aunar varios plastómetros conectados a un computador o para hacer mediciones automáticas de velocidad de extrusión usando tres cargas diferentes en cada prueba.

El equipo estándar del modelo MP600 básico cuenta con herramientas de operación, pistón y una selección de orificios. El usuario puede adquirir las pesas para efectuar el procedimiento A. Los termómetros de referencia también están disponibles para todas las aplicaciones estándar o diseñadas por el usuario. Por ejemplo, para probar resinas fluoroplásticas y de fluorocarbono, el equipo puede contar con partes resistentes a la corrosión.

El microprocesador del modelo MP600 opera como un controlador y reloj de programación, al tiempo que es fácil de usar. Sus características avanzadas se deben a su tecnología digital, teclado de membrana, pantalla muy visible de cuatro líneas de tipo fluorescente en vacío, compuerta serial, memoria no volátil para el almacenamiento de datos de calibración y para hasta 25 recetas de operación, y una alarma auditiva integrada al equipo. En el equipo se pueden aplicar las normas ASTM D-1238, D3336, ISO 1133, BS 2782, DIN 53735, JIS K7210 y otros métodos similares.

Al emplear el método B, el modelo MP600 puede ser equipado con los obturadores de tiempo automáticos PDT-600. Este emplea un codificador óptico de precisión para leer la posición del pistón con una exactitud superior a la milésima de pulgada. En este caso, el equipo puede calcular y desplegar el tiempo de captura de datos, la velocidad de extrusión y la velocidad de desplazamiento volumétrico para cada captura. Despliega el esfuerzo cortante aparente, la velocidad de cizalladura y la viscosidad. Calcula la densidad del material fundido usando una muestra cortada y aplicando una subrutina de cálculo y por último, puede hacer una selección automática de la distancia de movimiento del pistón.

El soporte motorizado de pesas MWLD-600 es una opción que facilita aún más la operación de este equipo. La pesa de carga puede ser ubicada de manera precisa sobre la plataforma y el equipo puede modificarla al final de periodo de pretratamiento de manera automática. La característica Swing-Away mueve la pesa después de terminar la prueba para prevenir que existan lecturas distorsionadoras al final de cada prueba. Otras opciones son un medidor de la razón de velocidades de extrusión que opera al realizarse dos o tres pruebas con pesas de carga diferentes sobre el mismo material. El programa computarizado EP600 de Tinius Olsen es una herramienta poderosa para la adquisición de datos y control de las pruebas desde un computador PC.

Ray-Ran de Inglaterra ofrece su serie de medidores de índices de viscosidad divididos de acuerdo al grado de sofisticación de los equipos. Así, el modelo 5MBA (Manual Basic Model), es el modelo básico, el 5SA (Semi-automatic), cuenta con un sistema semiautomático de operación y el 5 MPCA (Microprocessor Controlled Automatic), es operado totalmente en el modo automático con la ayuda de un microprocesador controlador. El más avanzado de estos modelos, el 5 MPCA, realiza pruebas simples o con varios materiales hasta en un número de 20, determina la densidad a la temperatura de la prueba, mide la viscosidad, el esfuerzo cortante, realiza los análisis estadísticos como promedios y desviaciones estándar. Es operado por un motor que carga las pesas y purga el equipo. Los resultados se pueden imprimir vía una impresora integrada, cuenta con una salida RS232 que permite conexión a un computador externo. Los modelos de esta serie son totalmente modulares y pueden ser mejorados en cualquier momento, afirma su fabricante.

Hanatek es otro productor inglés de medidores de índices de fluidez. Su producto, el modelo 4010, ha sido diseñado para dar resultados precisos y repetibles para efectos de control de calidad de materiales termoplásticos, según afirman voceros de la compañía. El equipo fue mejorado recientemente mediante la inclusión de un microprocesador que analiza resultados y controla la operación del equipo. Así, la temperatura del barril se controla con una tolerancia de +/-0,2ºC, la estabilidad térmica se alcanza en 15 minutos y el dado puede ser intercambiado. De manera opcional se puede contar con las pesas entre 0,325 y 2,16 kg; el cargador de pesas operado manual o automáticamente; barril fabricado con acero nitrurado; tres zonas de calentamiento controladas y controladores de temperatura tipo PID. El equipo cumple las normas BS2782, parte 7, método 720A; ISO R1133 y ASTM 1238-90B.