Polietileno pulverizado, ¿cómo controlar la calidad?

Entérese en qué consiste el proceso de pulverizado de PE para rotomoldeo y cuáles son los parámetros clave para obtener un resultado satisfactorio.

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El material más utilizado en la industria del rotomoldeo en el mundo es el polietileno lineal, y uno de los factores que mayor incidencia tiene en la calidad final del producto rotomoldeado es la calidad del polietileno pulverizado. Existen tres parámetros que definen la calidad del polvo: la distribución del tamaño de partícula, el flujo seco y la densidad aparente o densidad a granel.

Antes de entrar en la descripción y análisis de cada uno de estos tres parámetros, es importante conocer bien el proceso mediante el cual se transforma el polietileno lineal en polvo, partiendo de su forma original de gránulos, y la relación de este proceso de pulverización con cada uno de los tres parámetros.

Pulverización de polietileno

El proceso se lleva a cabo mediante molinos. El tipo de molino más frecuentemente utilizado para pulverizar polietileno para rotomoldeo es el molino de discos. Independientemente de la marca, todos los molinos tienen los mismos componentes básicos:

• Tolva de gránulos
• Alimentador vibratorio
• Garganta de alimentación
• Cámara de pulverizado
• Disco rotativo
• Disco fijo
• Tubería de transporte
• Ventilador
• Ciclón
• Válvula rotativa
• Cernidor

Para comenzar, los gránulos son transportados hasta la tolva de alimentación del molino, normalmente usando un sistema de transporte neumático. Desde la tolva los gránulos bajan por gravedad hasta el alimentador vibratorio, que los transporta y los deja caer en el centro de la cámara de pulverizado entre los dos discos; uno de los discos está fijo, y el otro gira a determinadas revoluciones por minuto. Ambos discos tienen dientes maquinados radialmente y el giro de uno respecto al otro crea un efecto "tijera", que va reduciendo el tamaño de los gránulos a medida que éstos avanzan desde el centro hacia la periferia de los discos.

Los gránulos se mueven entre los dos discos por la fuerza centrífuga que genera la rotación, y por el vacío que existe en la cámara de pulverizado, y que es generado por el ventilador del sistema. El aire que circula por el molino impulsado por el ventilador tiene dos funciones principales: la primera es transportar los gránulos y/o polvo a través de los discos y hacia el ciclón. La segunda, y la más importante, es enfriar el proceso, ya que cuando se reduce el tamaño de los gránulos en los discos se desprende calor, que debe removerse a la misma velocidad que se genera, o puede llegar a fundir el polietileno.

Una vez en el ciclón, el polietileno en polvo es separado del aire que fue utilizado para transporte y enfriamiento, y baja hasta la válvula rotativa, ubicada en la parte inferior del ciclón. Esta válvula impulsa el polvo hacia el cernidor e impide el paso de aire desde éste hacia el ciclón.

Ya en el cernidor se inicia el proceso de selección de tamaño de partículas: todo el material que pase por las mallas del cernidor será considerado aceptable, y el que no logre pasar regresará a la cámara de pulverizado para repetir el proceso.

Es importante señalar que los molinos pulverizadores de última generación maximizan la eficiencia, controlando la temperatura dentro de la cámara de pulverizado, la carga del motor del molino y el vacío en el sistema. Así mismo algunos fabricantes aumentan las capacidades de los molinos, aumentando el número de cámaras de pulverizado; de esta forma se dedica una cámara a los gránulos vírgenes y otra a los gránulos de reciclo que son rechazados por el cernidor.

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Distribución del tamaño de partícula

En el mundo, la industria de rotomoldeo ha adoptado el estándar de 500 micras ó "malla" (mesh) 35 como el tamaño de partícula estándar. Esto significa que las mallas instaladas en el cernidor del molino pulverizador deben tener una apertura de 500 micras (o mesh 35), y las partículas que por ellas pasen deben tener un tamaño inferior. Obviamente, no todas las partículas tienen el mismo tamaño; lo que se obtiene a la salida del pulverizador es un rango de diferentes tamaños de partículas.

La distribución del tamaño de partículas es una medida de qué porcentaje de partículas se encuentra en cada uno de siete diferentes rangos establecidos en forma estándar. Dichos rangos comprenden partículas con los siguientes tamaños:

• Mayor que malla 30
• Entre malla 30 y malla 35
• Entre malla 35 y malla 50
• Entre malla 50 y malla 60
• Entre malla 60 y malla 80
• Entre malla 80 y malla 120
• Menor que malla 120

El procedimiento para realizar la medición de la distribución está contemplado en la norma ASTM D1921-01 y para ejecutarlo se emplea un dispositivo que utiliza seis tamices con seis diferentes tamaños de malla, más una bandeja. Consiste en colocar una muestra de 100 gramos de polietileno pulverizado en el primer tamiz (malla 30), y en someterlo a golpe y vibración; este movimiento es controlado por un temporizador durante 10 minutos. Una vez finalizado el tiempo de proceso, el dispositivo se detiene y se procede a pesar cuánto material se acumuló en cada tamiz. Como se inició la prueba con 100 gramos, los resultados del pesaje entregan porcentajes directos.

Para analizar estos datos es importante recordar que durante el proceso de rotomoldeo el polietileno se va fundiendo y adhiriendo a las paredes internas del molde por estratos. Se van formando capas de material fundido, hasta que la totalidad de resina pulverizada se funda e integre completamente. Por esto que es tan importante controlar de cerca el tamaño de partículas, porque en las primeras etapas son las partículas de material más pequeñas las primeras que comienzan a adherirse al molde y a formar las primeras capas, que a su vez servirán de base a las capas subsiguientes, producto de la fusión de las partículas de mayor tamaño.

Una distribución defectuosa con muchos finos o muchos gruesos, tendrá como efecto la formación de burbujas en la pieza, que a su vez redundará en una resistencia mecánica pobre y en mala apariencia final, así como en ciclos más largos de cocción, mayor consumo de gas y menor productividad del proceso.

Es importante señalar que, aunque se tenga una buena distribución de partícula en el material, la selección del tipo de resina (índice de fluidez y densidad) es también muy importante para el aseguramiento de la calidad del producto final y la optimización del proceso.

Flujo seco

El parámetro de flujo seco brinda una idea de cómo se va a comportar el polietileno pulverizado dentro del molde durante el proceso de cocción. En condiciones normales, uno de los objetivos principales es crear una pieza con un espesor de pared lo más uniforme posible (aunque puede ser otro el caso cuando se moldean aplicaciones especiales). Para poder lograr esto es necesario que el polietileno en polvo se mueva libremente dentro del molde, según lo dicte la relación de rotación a la cual es programada la máquina.

Si el polietileno no es capaz de desplazarse dentro del molde y cubrir las paredes internas del mismo (asumiendo que la relación de rotación es correcta), se obtendrán diferencias importantes en el espesor de la pieza, y este defecto se acentuará aún más durante el proceso de enfriamiento, en el cual adicionalmente hay distorsión.

El procedimiento para medir el flujo seco está estandarizado por la "ARM" (Association of Rotational Molders). En él se utiliza un cono de acero o aluminio con dimensiones preestablecidas, se colocan 100 gramos de material pulverizado dentro del cono y se mide el tiempo que tarda el material en fluir libremente por gravedad por la abertura inferior del cono. Un flujo seco entre 28 y 30 segundos es considerado aceptable. Los valores de flujo seco muy bajos o muy altos tienen efectos negativos en el proceso.

Cuando las partículas tienen una forma muy simétrica y uniforme, no existe ninguna distribución, y por lo tanto tienen un flujo seco muy bajo; debido a esto se mueven a una velocidad demasiado alta dentro del molde, limitando la formación de una pared homogénea.

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Densidad aparente

También llamado densidad a granel (bulk density), este parámetro está estrechamente relacionado con la distribución de tamaño de partícula y el flujo seco, y brinda una idea de la forma promedio que tienen las partículas de polvo. Normalmente se expresa en gramos por 100 cm3, aunque también puede expresarse en lb/pie3. Se mide simultáneamente con el parámetro de flujo seco, ya que el cono de medición tiene un envase con capacidad de 100 cm3 que se emplea para este fin.

Los valores de densidad aparente comúnmente aceptados están entre 34 y 36 gr/100 cm3. Una densidad aparente baja es indicio de que hay muchas partículas de polvo con formas irregulares, que afectarán el flujo seco y la distribución de tamaño. Una densidad aparente muy alta es indicio de que hay muchos finos en la distribución.

Una conclusión detallada...

El control de los tres parámetros descritos anteriormente es la clave para asegurar una calidad adecuada de polvo para el proceso de moldeo rotacional. Para mantener un estándar de polvo que se adecue a estos tres parámetros, es necesario contar con un molino pulverizador que permita controlar el proceso de pulverizado. Otra opción es adquirir el material de un proveedor que cuente con un equipo de calidad. La temperatura de trabajo del molino, el estado de los discos de pulverizado, el estado de las mallas y un buen ajuste del molino son indispensables para controlar la calidad del polvo. Cuando se va a adquirir un equipo nuevo, es importante pedir al fabricante un análisis del polvo a ser obtenido con el molino.

Si usted obtiene el polietileno pulverizado de parte de un proveedor, debe exigir los resultados de las pruebas de estos tres parámetros, que deben ser emitidas por lotes de producción. Si usted realiza el proceso de pulverizado en su planta, debe adquirir los dispositivos aquí descritos, instalar un pequeño laboratorio e iniciar un programa de recolección de muestras, que le permitan controlar la calidad de las mismas.