Parámetros fundamentales de sellado en una máquina horizontal FFS
Temperaturas de sellado térmico: sellado frente a daño
Las temperaturas de sellado por calor determinan el sellado adecuado sin dañar el material de la película de la máquina horizontal de formación, llenado y sellado. Cuando las temperaturas son demasiado altas, los polímeros comienzan a degradarse y provocan costuras quemadas. Cuando el calor es insuficiente, la fusión de la película será inadecuada, lo que resulta en un punto débil en la película que puede provocar fugas. La mayoría de las películas de poliolefina, como el LDPE y el CPP, se sellan mejor entre 120 y 150 grados Celsius. Para los laminados basados en PET, las temperaturas deben aumentarse entre 140 y 170 grados Celsius. Las películas de PET son más difíciles de calentar y requieren más tiempo para hacerlo. Pequeños cambios en la temperatura son esenciales para lograr un sellado constante. Los equipos más recientes, que incorporan sensores infrarrojos, pueden estabilizar la temperatura dentro de un margen de ±2 grados. Esto se asocia con una reducción significativa de los fallos de sellado cuando el equipo opera a alta velocidad.
Barras de sellado y contacto uniforme en todas las barras
Lograr un contacto uniforme con todas las barras de sellado es importante para garantizar una adherencia uniforme y eliminar bolsas de aire. Muchas máquinas horizontales FFS funcionan a 40-60 psi, pero los materiales laminados (especialmente los que contienen aluminio) requieren que los operadores ajusten las máquinas a presiones un 25 % superiores debido a las superficies irregulares y a la necesidad de un diferencial de presión para lograr el contacto necesario que funda las capas. Los defectos mecánicos pueden socavar esta presión, y las holguras entre las mordazas de sellado pueden reducir la presión en las superficies de sellado en un 15 % o más, lo que da lugar a sellados deficientes. Niveles superiores de uniformidad y automatización son características de máquinas más modernas, que incorporan nivelación láser y compensación dinámica de la placa de presión, de modo que, a velocidades más elevadas (por ejemplo, 120 ppm), la presión de sellado varía en un 5 % o menos a lo ancho de la zona de sellado.
Tiempo dedicado al sellado: coordinación con la velocidad de la máquina horizontal FFS y la zona de permanencia de la película
El momento y la fecha en que se aplican las fuerzas de sellado son específicos. La ventana activa de las fuerzas de sellado generadas por calor y presión depende de la velocidad de flujo de la línea de producción. Con películas estándar y una velocidad operativa de aproximadamente 30 metros por minuto, normalmente logramos una unión óptima en un rango de 0,8 a 1,2 segundos. Sin embargo, los tiempos de permanencia del sellado en velocidades de línea superiores a 50 m/min deben reducirse aún más para evitar el sobrecalentamiento. Para abordar esto, se instalan en el sistema secciones especiales de refrigeración capaces de interrumpir el sellado en menos de un tercio de segundo. El tipo de película también tiene un impacto significativo: el polietileno simple se funde aproximadamente un 30 % más rápido que las estructuras laminadas de película PET/AL/PE. Por lo tanto, los ajustes realizados por los operadores deben hacerse con mayor precisión para evitar tanto sellos demasiado débiles como sellos demasiado fuertes.
Diagnóstico y solución de problemas de sellado en máquinas horizontales FFS
Diagnóstico y resolución de problemas de sellado basados en desviaciones de los parámetros de sellado
Por experiencia, los problemas de sellado indican un fallo recurrente en los parámetros del proceso. Un sellado débil se produce por presión y temperatura insuficientes durante el sellado, lo que impide la fusión de las cadenas poliméricas. Los sellados incompletos son consecuencia de una distribución irregular de la temperatura, un tiempo de permanencia inadecuado de la máquina y un espesor excesivo de la película. Las zonas calientes y frías también provocan una formación irregular del sellado. Una superficie de sellado quemada es aquella que presenta decoloración, fragilidad o color negro debido a una temperatura excesiva y a la deposición de carbono por un contacto prolongado durante el sellado. Aproximadamente dos tercios de los problemas de sellado reportados el año anterior en el informe de defectos de empaque se atribuyen a los problemas mencionados anteriormente. El primer paso para definir el problema consiste en verificar:
La calibración de los termopares en todas las mordazas de sellado
La distribución uniforme de la presión de la película de impresión
Auditorías de ciclos de tiempo alineadas con las especificaciones de la zona de permanencia de la película
Para ajustes incrementales de temperatura y presión (±5 grados y ±10 %, respectivamente), realice una observación de la respuesta de la película tras cada paso. El mantenimiento de registros continuos de cada parámetro reduce el tiempo medio de resolución de problemas en un 40 % frente a los ajustes reactivos.
Parámetros de distintas películas de embalaje aplicables a las máquinas horizontales de formado, llenado y sellado (FFS)
LDPE, CPP, laminados de PET/AL/PE y películas de mono-material: perfiles de respuesta térmica y mecánica
La elección de la tecnología de sellado depende de cómo responden las películas al proceso de sellado. A modo de ejemplo, las películas de LDPE se sellan a temperaturas de aproximadamente 105 a 115 grados Celsius, por lo que realizamos los sellados a 110–150 °C. Sin embargo, hay que tener cuidado con la presión de sellado: una presión excesiva crea canales que debilitan la soldadura. Las películas de CPP requieren temperaturas de sellado de 140 a 170 °C, lo cual es definitivamente más elevado que en el caso del LDPE, y presentan un tiempo de sellado más corto. Esto resulta especialmente útil en aplicaciones de sellado donde la transparencia es importante debido al propio proceso de sellado. El sellado de laminados PET/AL/PE también representa un desafío. La razón radica en que la capa de aluminio aísla las capas interiores del calor, por lo que se requiere aproximadamente un 10–15 % más de calor que lo habitual para sellar dichas capas. No obstante, hay que tener precaución para no aplicar demasiado calor, ya que esto podría provocar la deslaminación de las capas en lugar de su sellado. Asimismo, algunas empresas han adoptado nuevas estructuras fabricadas íntegramente con materiales de PE, lo que también mejora su reciclabilidad.
Estas alternativas funcionan adecuadamente; sin embargo, requieren un control preciso de la temperatura, la presión y el tiempo para lograr una resistencia y unas capacidades protectoras similares a las de los laminados convencionales. Consulte siempre al fabricante de la película antes de realizar modificaciones en los ajustes de su equipo. Las diferencias mínimas son fundamentales; por ejemplo, una variación de 5 micras en el espesor puede modificar los ajustes ideales en un 8 al 12 por ciento.
Ajustes de los parámetros de la máquina FFS horizontal con variables del mundo real
Ajustes respecto a la temperatura, la humedad y la deriva de la tensión de la película
Garantizada frente a una multitud de factores mecánicos y ambientales, la calidad del sellado está sujeta a variaciones. Dadas fluctuaciones de temperatura de aproximadamente ±5 grados Celsius, la viscosidad de la película puede variar entre un 12 y un 18 por ciento. Posteriormente, el flujo de 'fusión' requiere un ajuste de ~±2 grados. Además, con un nivel de humedad superior al 60 % de humedad relativa, se produce una reducción significativa del 15 % en la eficiencia térmica. Este problema puede solucionarse mediante el operario, quien puede optar bien por aumentar el tiempo de permanencia en 0,1 segundos por cada 10 % de humedad relativa, o simplemente elevar ligeramente el punto de consigna de temperatura. Asimismo, una alineación defectuosa del carrete puede provocar una deriva de la tensión de la película, lo que da lugar a un sistema de transporte mal alineado y genera arrugas que pueden hacer que el sellado falle en 1 de cada 4 paquetes. Estos problemas pueden resolverse al integrar los sistemas automatizados con sensores infrarrojos en tiempo real y controladores de tensión de bucle cerrado.
Desarrollar curvas de corrección basadas en el rendimiento de la película en respuesta a distintos lotes de película y condiciones ambientales; las curvas de corrección serían más eficaces que los métodos teóricos para lograr un rendimiento constante en todos los lotes de película, condiciones ambientales y turnos, así como en todos los lotes de película.
Sección de Preguntas Frecuentes
¿Cómo afecta la temperatura de sellado térmico a la integridad de la película?
El sellado debe realizarse a la temperatura adecuada de la superficie de sellado. Si la temperatura es demasiado alta, el polímero comienza a degradarse y la costura se quema. Si la temperatura es demasiado baja, se crea una zona débil en la costura. La mayoría de las películas de poliolefina se sellan entre 120 y 150 grados Celsius.
¿Por qué es importante la presión de sellado?
Para lograr la unión adecuada de las capas adhesivas, es esencial aplicar presión de sellado, especialmente en el laminado, para crear un contacto uniforme a lo largo del sellado y eliminar todas las bolsas de aire.
¿Qué función desempeña el tiempo de permanencia de sellado en el proceso de sellado?
El tiempo de permanencia de sellado es el período durante el cual el sellado se somete a calor y presión; este tiempo debe coordinarse con la velocidad de la máquina y debe controlarse con precisión para lograr un sellado con la resistencia deseada. Si se permite demasiado tiempo, el sellado será débil; si se permite muy poco tiempo, el sellado será insuficiente.