¿Qué tipos de películas puede procesar una máquina vertical FFS?

Películas monocapa principales: variantes de PE y su compatibilidad con máquinas verticales FFS

LDPE, LLDPE y HDPE — temperatura de inicio de sellado, resistencia al fundido y estabilidad en la formación del tubo

LDPE, LLDPE y HDPE representan los principales tipos de películas de una sola capa utilizadas en las máquinas de formación, llenado y sellado vertical (VFFS), cada una con características únicas de sellado y estructurales, así como propiedades de compatibilidad que interactúan con los componentes de la máquina de distintas maneras. Empezando por el LDPE, presenta temperaturas relativamente bajas de inicio de sellado (110–120 °C), lo que permite un sellado rápido de la costura y un menor consumo energético. Además, el LDPE con buena resistencia al fundido minimiza el colgamiento y la deformación hasta el punto de formar tubos, manteniendo formas constantes de las bolsas durante toda la producción. En cuanto al LLDPE, ofrece una resistencia a la perforación y una flexibilidad ante tensiones sin parangón. Sin embargo, requiere cierto cuidado en la configuración de la tensión operativa, ya que su resistencia al fundido es inferior a la del LDPE. Por último, el HDPE es la mejor opción cuando se trata de proporcionar rigidez superior al producto y protección contra todo tipo de agresiones externas.

El inconveniente es que el PEAD es un plástico de sellado a alta temperatura que requiere temperaturas de 140 a 160 grados Celsius, y regular la temperatura es fundamental, ya que los sellos débiles que se rompen con demasiada facilidad constituyen un inconveniente derivado de un control inadecuado de la temperatura. Para evitar abolladuras, arrugas y sellos que se adhieren de forma demasiado intermitente como para ser útiles, los fabricantes deben intentar alinear las características específicas de los materiales con las limitaciones del equipo (incluidas las dimensiones y la configuración de la barra de sellado, el tiempo de contacto y las dimensiones del collar de conformación).

Comprender la resistencia a la tracción y la resistencia a las perforaciones al sellar por primera vez las aletas en máquinas verticales de formación-llenado-sellado (FFS).

Cuando se trata de asegurar máquinas verticales de llenado y sellado por formación, un sellado adecuado no consiste únicamente en comprender las especificaciones fundamentales de la película. Lo que se requiere es un material cuya resistencia a la tracción sea mayor o igual a 25 MPa, para soportar la fuerza de formación vertical y evitar que el material se rompa o se desgarre en los bordes cuando los tubos se fabrican a gran velocidad. Además, también debe existir una resistencia a la perforación: se necesita una resistencia a la perforación superior a 300 newtons para garantizar que no se formen pequeños orificios de perforación cuando el producto a envasar tenga aristas rugosas o afiladas (por ejemplo, arroz, muesli o alimento para mascotas). La elongación controlada bajo presión constituye asimismo un factor significativo. El bloqueo y el buen sellado se producen cuando la película se extiende únicamente un 5 % en el momento del contacto con la barra. Esto significa que el sellado por presión no se deformará, conservando así la función adecuada de los canales de sellado. No es de extrañar que los fabricantes que no cumplen con estas normas experimenten problemas frecuentes como sellos débiles, arrugas excesivas e incluso fugas. Las instalaciones de producción y envasado rápidas presentan tasas de rechazo tan altas como el 17 % a velocidades de producción superiores a 120 bolsas/min. Por esta razón, realizar ensayos de película según especificaciones es una práctica recomendable en la producción: ayudan a minimizar las paradas de las máquinas y constituyen, sin duda, una especialidad de los profesionales del envasado de IoPP.

Films laminados de alta barrera: Uso de lámina de aluminio, papel y celofán en máquinas verticales FFS

Láminas de aluminio laminadas: Problemas de conductividad térmica y ajustes de la barra de sellado en máquinas verticales FFS

En los laminados de alta barrera, los laminados de hoja de aluminio siguen siendo los mejores, con tasas de transmisión de oxígeno (OTR) inferiores a 0,1 cm³/m²/día y tasas de transmisión de vapor de agua (WVTR) inferiores a 0,01 g/m²/día. Debido a estas tasas, los laminados de hoja de aluminio son una necesidad absoluta en la fabricación de bolsas para café, envases farmacéuticos y snacks. Sin embargo, un inconveniente importante de la hoja de aluminio es su capacidad para conducir el calor. Esta característica constituye una desventaja grave en las máquinas verticales de formación, llenado y sellado (VFFS). Las barras de sellado deben ajustarse con precisión para lograr un sellado adecuado, ya que el calor se disipa demasiado rápidamente desde la zona de sellado, impidiendo la formación de un sellado resistente. Las pruebas industriales han demostrado que, en un entorno sellado, si la temperatura de la barra de sellado no se mantiene dentro de un margen de ±30 °C respecto del valor objetivo, si no se dispone de tiempo suficiente para la colocación de la barra de sellado o si esta se aplica con presión insuficiente (es decir, inferior a 40 psi), el 20 % de las bolsas presentará un sellado incompleto.

Para mejorar esto, los fabricantes deben considerar simultáneamente tres componentes clave: el control de la temperatura en un rango de 140 a 180 grados Celsius, la aplicación de presión de al menos 40 psi y el tiempo de cierre de la prensa de sellado entre 0,9 y 1,5 segundos. Las máquinas modernas de sellado equipadas con motores servo y control de temperatura en tiempo real en la prensa pueden realizar ajustes sobre la marcha para garantizar una integridad óptima de la unión durante todo el ciclo de producción, independientemente de cómo varíen los parámetros.

Inestabilidad del avance inducida por la humedad y control de la tensión en máquinas verticales FFS para compuestos de papel y celofán

Cuando se trata de envases sostenibles compostables o reciclables, las operaciones de sellado vertical en forma de bolsa presentan desafíos con los compuestos de papel y celofán. Las máquinas de sellado vertical en forma de bolsa funcionan a una humedad relativa inferior o igual al 5 %. Si este valor se supera, el sustrato de papel se expandirá o contraerá lo suficiente como para afectar el control de la tensión del rollo. Un sustrato con una humedad relativa inferior al 5 % provocará el cierre de los rodillos guía, fallos en el control de la tensión del rollo y la aparición de dificultades operativas con el papel, incluidas la obstrucción y cegamiento de los registros ópticos, un aumento en la frecuencia de empalmes que se rompen y una mayor incidencia de colapso de los tubos durante su formación. Las máquinas de sellado vertical en forma de bolsa funcionan mejor en instalaciones con control climático, donde la humedad relativa se mantiene entre ±2 % de humedad relativa. Asimismo, son necesarios mecanismos de control de tensión que incluyan retroalimentación mediante células de carga y servomotores adaptativos. Los mencionados anteriormente rodillos de baja fricción con revestimiento cerámico son fundamentales para reducir y controlar la acumulación de electricidad estática. Además, prolongan el desgaste en los bordes de los rodillos.

Al combinar todas estas soluciones, los operadores suelen observar una reducción aproximada del 18 % en los problemas de alimentación, según pruebas recientes realizadas en fabricantes de cereales y productores de suplementos (Boletín Técnico de la Asociación de Envases Flexibles, 2023).

Films especializados: BOPP y PET para claridad, rigidez y sellado térmico controlado

Comportamiento de la película BOPP: estabilidad dimensional durante el formado vertical frente a la optimización de la temperatura de inicio de sellado

El polipropileno biorientado, o BOPP por sus siglas en inglés, es una película de embalaje para etapas finales que se construye verticalmente y requiere impresión clara, firme y bien definida. Estas características son esenciales para el embalaje de caramelos, frutas desecadas y suplementos dietéticos. Las películas BOPP se producen mediante un proceso especial que les confiere una excelente estabilidad dimensional. A temperaturas de hasta 120 grados Celsius, la película presenta una contracción inferior al 1,5 %. Este bajo nivel de contracción evita la deformación o desalineación de las bolsas durante la formación vertical de tubos. Asimismo, las películas BOPP tienen un intervalo estrecho de temperatura de sellado, comprendido entre 130 y 150 grados Celsius. Por encima de este intervalo, las películas tienden a enrollarse, las soldaduras pueden volverse frágiles y puede producirse deslaminación. Por debajo de este intervalo, las soldaduras pueden resultar demasiado débiles para mantener la película en su lugar. Existe un consenso generalizado en la industria de que las temperaturas de sellado deben controlarse con un alto grado de precisión, lo cual adquiere aún mayor relevancia en operaciones de alta velocidad.

Las plantas de embalaje descubrieron que optimizar el tiempo de permanencia entre 0,8 y 1,2 segundos y la presión de 0,3 MPa o más permite ahorrar hasta un 20 % de materiales. Los operadores inteligentes supervisan su tensión de conformado y la mantienen por debajo de 2,5 newtons por milímetro cuadrado para evitar grietas por tensión. Recuerde enfriar tras el sellado para evitar arrugas superficiales causadas por la contracción.

Características funcionales adicionales: cremalleras, válvulas y capas barrera en el flujo de trabajo de la máquina vertical FFS

Integración de cremalleras y válvulas de liberación de gas: alineación, sincronización e interferencia con el sellado de solapa/borde en máquinas verticales FFS

Las cremalleras reutilizables y las válvulas de liberación unidireccional de gas añaden valor funcional a un envase, pero plantean nuevos desafíos para las operaciones verticales de formar-llenar-sellar (FFS). En estos casos, tolerancias de alineación de no más de 0,3 mm pueden provocar una serie de problemas en etapas posteriores, como obstrucciones del tubo, sellados finales deformados y bolsas con sellados débiles. Afortunadamente, han surgido nuevas tecnologías. Los sensores ópticos y los accionamientos servo han hecho posible controlar la colocación de estos componentes con una precisión extrema. La colocación de las cremalleras y las válvulas puede sincronizarse con una precisión de apenas unas pocas extracciones de película durante un ciclo FFS. También hay que tener en cuenta las válvulas de liberación de gas. Estas deben activarse con suficiente antelación antes de la estación de sellado por solapamiento. Si las válvulas de gas se activan con retraso, la estación de sellado por solapamiento podría ser causa de problemas de vida útil en el café tostado y en los aperitivos fermentados.

Otro desafío con las cremalleras surge cuando se fabrican con perfiles irregulares. Estos perfiles irregulares provocan la formación de pequeños bolsillos de aire debajo de los sellos de aleta, lo que puede reducir su resistencia a la ruptura hasta en un cincuenta por ciento en casos extremos. Sin embargo, diseñadores ingeniosos han encontrado una solución a este problema. Muchos de los mejores sistemas incorporan canales laterales exclusivos que mantienen las cremalleras separadas de las zonas principales de sellado, así como controles automáticos de tensión que se ajustan en respuesta al aumento de peso y fricción. Cuando todos estos elementos funcionan conjuntamente, el sistema puede ofrecer un sellado más hermético y plenamente funcional para el uso diario, con la ventaja adicional de reducir los residuos de embalaje aproximadamente un quince por ciento.

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son los tipos principales de películas utilizadas en las máquinas verticales de formación, llenado y sellado?

Los tipos principales de películas utilizadas son LDPE, LLDPE y HDPE, que presentan distintas resistencias al sellado y estructurales, así como diferentes grados de compatibilidad con la máquina.

¿Por qué se prefiere el LDPE para un sellado más rápido?

El LDPE es preferido porque tiene temperaturas relativamente bajas de iniciación de sellado (110 a 120 grados Celsius), lo que acelera el proceso de sellado de solapa y contribuye a la conservación de energía.

¿Cuál es la resistencia a la tracción mínima requerida para un sellado de solapa fiable?

Las películas requieren una resistencia a la tracción mínima de 25 MPa para adaptarse verticalmente sin rasgarse y necesitan una resistencia a la perforación superior a 300 newtons para evitar la formación de agujeros durante el llenado del producto.

¿Qué problemas pueden presentar los laminados de lámina de aluminio en las máquinas verticales de formación, llenado y sellado (FFS)?

Los laminados conductivos de lámina de aluminio extraen calor de la zona de sellado, lo que provoca problemas de sellado a menos que la temperatura y la presión de sellado se controlen con precisión.