jueves, 19 de abril de 2012

Extrusión de película soplada

Introducción
El proceso de extrusión de película soplada o película tubular es el método más común para la fabricación de películas o films, y en general se utiliza para fabricar bolsas de plásticos termoplásticos. Más de la mitad de las películas producidas hoy en día se hacen de polietileno, en su mayoría de baja densidad. El polipropileno es otro de los materiales ampliamente utilizados. El término película se refiere a espesores por debajo de 0,5 mm. Se usan películas delgadas para material de empaque (envolturas, bolsas para abarrotes y bolsas de basura); las aplicaciones de películas más gruesas incluyen cubiertas y revestimientos, por ejemplo cubiertas para piscinas y revestimientos para canales de irrigación. Mediante el proceso de extrusión de película soplada en general se obtienen espesores de película de ~10 a 250 micrones. Junto con la extrusión de película colada, la extrusión de película soplada son los métodos más habituales de fabricación de películas. Una ventaja de la extrusión de película soplada sobre la extrusión de película plana tradicional (colada) es que en este último no es posible obtener bordes de calidad directamente.
Línea de extrusión de película soplada

Descripción del proceso
Esquema de extrusión de película soplada
En las líneas de película soplada la extrusora está equipada con una boquilla anular, dirigida habitualmente hacia arriba. Por el interior de la boquilla se inyecta aire que queda confinado en el interior del material que sale por la boquilla y que es contenido, como si de una gran burbuja se tratara, por un par de rodillos situados en la parte superior (rodillos de colapsado). A la salida del cabezal el material se enfría bruscamente mediante una corriente forzada de aire que pasa a través de una cámara anular (anillo de enfriamiento) y se dirige concéntrica y uniformemente sobre la burbuja.
Anillo de enfriamiento
Si el flujo del aire no está bien regulado o no es concéntrico con la burbuja, se produce una diversidad de espesores que dan lugar a la formación de ondulaciones. El cociente entre el diámetro de la burbuja y el diámetro de la boquilla se llama proporción de explosión o relación de soplado y suele estar en el intervalo de 2,0 a 2,5.
La película enfriada pasa a través de las placas guías (canasto) y se aplasta entre dos rodillos de tiro y colapsado, pasando por otros rodillos que sirven de guía, antes de pasar a los tambores de almacenamiento (rodillos de enrollado), donde se recoge la bobina.
Bobinadora
En el rodillo de bobinado se disponen una serie de rodillos que evitan la formación de pliegues los cuales se denominan rodillos guías.
Entre los rodillos de arrastre y los de enrollado se disponen generalmente los sistemas de tratamiento y eliminación de cargas estáticas formado por cepillos conductores de electricidad con puesta a tierra que rozan la superficie de la película, ya colapsada, a fin de eliminar corriente estática.
Cepillo antiestático de fibra de carbono
La mayoría de los sistemas comerciales están provistos de instalaciones de almacenamiento gemelo, de modo que un tambor lleno pueda ser retirado sin parar el proceso productivo.
Bobinadora de doble estación
La calandra de tiraje (rodillos de tiro y colapsado) está compuesta por dos cilindros revestidos de caucho duro, u otro material que no se adhiera al film, que deben producir una presión de cierre uniforme, tirando del film con una velocidad de arrastre que, en definitiva, va a determinar el espesor del film.
Rodillos de tiro

Características del proceso
En algunos casos, mediante el soplado, el material se expande hasta tres veces su diámetro original, y a la vez es estirado por los rodillos que se encuentran en la parte superior, de modo que se orienta biaxialmente. El material sale de la boquilla en estado fundido, pero conforme asciende se enfría, gracias a la corriente de aire que circula por el exterior de la burbuja, de modo que solidifica, "congelando" la orientación en las dos direcciones, axial y longitudinal. El punto de solidificación se suele apreciar fácilmente debido a la pérdida de transparencia del material al pasar del estado amorfo al cristalino o semicristalino. A este proceso se le conoce como "estabilización de la burbuja". La orientación biaxial confiere muy buenas propiedades mecánicas a la película.
Si se mira detenidamente el proceso resulta extraño, en principio, que mientras que el material permanece en estado fundido la burbuja no se rompa (se trata de un material fundido, fluyendo en una capa muy delgada, y sobre el que se aplican grandes esfuerzos). La respuesta está en el tipo de esfuerzos al que el fundido es sometido. Los esfuerzos que actúan sobre el material son perpendiculares (de tracción) al material. Ante un esfuerzo de este tipo los polímeros desarrollan una viscosidad que suele ser 3 veces superior a su valor cuando el esfuerzo es aplicado tangencialmente y que se conoce como viscosidad extensional. La viscosidad extensional además se mantiene constante para la mayoría de los polímeros al aumentar el esfuerzo de tracción aplicado. A este comportamiento se le conoce como Troutoniano. En algunos casos como ocurre con el polietileno que generalmente se emplea en estos procesos, la viscosidad aumenta al aumentar el esfuerzo de tracción aplicado, con lo que si en alguna zona la capa de material es más fina, el esfuerzo (fuerza/sección) será mayor, por lo que la viscosidad del material en esa zona aumentará, contribuyendo a la estabilización de la burbuja.

Película soplada de polipropileno
Existe un contraste interesante en la producción de la película de polipropileno. El polipropileno adelgaza por tracción cuando esta fundido y además su rapidez de cristalización, durante el enfriamiento, es muy lenta; esto le impide intervenir en el proceso de soplado de película común que se explicó anteriormente. Se adopta, por tanto, una técnica diferente en la cual el material obtenido por extrusión se enfría bruscamente mientras esta en el estado fundido con agua muy fría para obtener un tubo amorfo gomoso. Luego se recalienta hasta la temperatura a la cual se obtiene una máxima cristalización y luego se sopla.
Enfriamiento con agua
Cabe señalar, que el procedimiento del polipropileno funciona verticalmente hacia abajo. Al soplar dentro del tubo recalentado se evitan los problemas que acompañan a una fusión adelgazante por tracción y una cristalización lenta que daría lugar a una burbuja inestable. Este procedimiento del polipropileno es especialmente interesante porque simboliza el fundamento de estirar y soplar botellas, el cual adquirió importancia para envasar bebidas carbonatadas.
Esquema de línea de extrusión para película biorientada de PP
La película soplada de polipropileno tiene un uso importante para empaquetar. Es la película "crujiente" que no se deja torcer cuando se desea desechar, se utiliza mucho en paquetes de papas fritas y en el exterior de paquetes de té y tabaco. La película para tabaco tiene que ser especialmente impermeable a los gases con el fin de retener niveles de humedad y aroma en el contenido. Para mejorar sus propiedades en este aspecto, se reviste con cloruro de polivinilideno a partir de una dispersión acuosa y se seca luego.
Línea de extrusión de película soplada de PP
Coextrusión
Los requerimientos de muchos productos, particularmente en aplicaciones para envases, son tales que no se puede utilizar un único plástico, si no que tienen que ser combinados dos o más materiales. Esto ocurre cuando el producto obtenido debe presentar buenas propiedades barrera (permeación a gases), resistencia química, una determinada apariencia, etc. Existe un grupo de técnicas de combinación de diferentes materiales; las más frecuentes son coextrusión, recubrimiento y laminado. La coextrusión consiste en combinar dos o más plásticos haciéndolos pasar por una boquilla de extrusión. Cada material se procesa en una extrusora diferente, compartiendo todas las extrusoras la misma boquilla.
Coextrusión de película soplada (5 capas)

El estado del arte en la coextrusión de película soplada nos permite obtener film de tres, cinco, siete y hasta nueve capas.
Cabezal de extrusión de película soplada para film de 9 capas
Las ventajas de la coextrusión radican en la obtención de películas con mayor flexibilidad, reducción de costos de formulación, reducción de espesores, incremento de propiedades mecánicas, incremento del efecto barrera y mejoras en la procesabilidad del empaque como por ejemplo el termosellado. Pero principalmente permite obtener películas con capas de polímeros que difícilmente se podrían obtener solas mediante este método de conformación, como por ejemplo las poliamidas.

Ejemplo de composición de un film de 5 capas

Ejemplo de composición de un film de 7 capas
Campo de aplicación
Los films mono capa tienen una función genérica, utilizados para bolsas de uso general, mientras que los films multicapa son utilizados principalmente para empaquetado de alimentos.
Ejemplos de aplicaciones de films monocapa y multicapa




Fuentes:
Tecnología de los polímeros. Beltrán – Marcilla
Revista tecnología del plástico
http://en.wikipedia.org
http://www.interempresas.net
Seminario tecnológico sobre la extrusión de film. ICE
http://www.directindustry.es

57 comentarios:

  1. Muchas gracias, me sirvió mucho para esclarecer la duda del comportamiento troutoniano asociado con el proceso de producción de película soplada.

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    1. Me alegro que te haya resultado útil.
      Saludos

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  2. Muy buen artículo. Muy útil y conciso.

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  3. Excelente artículo. Muy detallado y muy útil para cualquier persona que trabaja con cubiertas e revestimientos.

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  4. TIENEN TODOS LOS NOMBRES DE LAS PIEZAS QUE INTEGRAN ESTA MAQUINA? PARA PODER FABRICARLA?

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    1. Hola Araiska. No tengo todos los nombres de las piezas
      Saludos

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  5. Hola
    Me podrias recomendar bibliografia sobre extrusion de PP y PE. Y sobre impresion de estas peliculas plasticas

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    1. Hola Horacio. Sobre extrusión de películas sopladas podría ser el libro Blown film extrusion de Kirk Cantor. Sobre impresión de películas plásticas no tengo para recomendarte.
      Saludos

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  6. Muchas gracias me sirvio para mi exposición xD

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  7. Excelente información, gracias por compartirla. Quisiera que me ayudaras con una duda: ¿Existe una proporción directa entre la cantidad de materia prima (Polietileno de baja densidad) que se utiliza en el proceso de extrusión y la cantidad de película soplada que se obtiene? Es decir: ¿1 ton. de resina de LDPE produce 1 ton. de Película de polietileno, que se puede transformar en 1 ton. de bolsas de plástico?

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    1. Hola Oscar. La merma en el proceso de película soplada dependerá de múltiples factores como, por ejemplo, de la maquinaria utilizada, puesta en marcha, experiencia de los operadores, cambios de materiales, purga del extrusor, manipulación del material. La merma puede rondar el 2% aproximadamente.
      Saludos

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  8. hola amigo me gustaria ne puedas ayudar de como puedo sacar la relacion de soplado de un dado se que hay diversas tablas pero no he encontrado alguna

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    1. La RS son unos parámetros que se usan para saber que dado debemos usar para ciertos anchos de la pelicula, los parametros en baja densidad son 1,5 hasta 3,5 y en alta son desde 3,5 hasta 7 y se saca así: divide el ancho de la pelicula por 3,1416 el resultado lo multuplicas por 2 ese otro resultado lo divides por el diametro del dado en centimetros, ejemplo para baja densidad una pelicula de 98 cm entre 3,1416 por 2 es igual a 62.388 este resultado equivale al diametro de la burbuja luego multiplica 62.388 por 25 cm que es el diametro del dado el resultado es 2,49 lo que significa que ese dado lo podemos usar por que esta dentro del parametro

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  9. hola amigo me gustaria ne puedas ayudar de como puedo sacar la relacion de soplado de un dado se que hay diversas tablas pero no he encontrado alguna

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    1. Hola Luis. Puedes fijarte en el siguiente enlace…
      http://msdssearch.dow.com/PublishedLiteratureDOWCOM/dh_0032/0901b80380032564.pdf
      Saludos

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  10. Hola amigo, no entendí la relación de soplado en la que mencionadas boquilla vs diámetro del globo, podrías explicarme a detalle este punto. te quedo muy agradecido.

    saludos.

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    1. Hola Diego. La relación de soplado es el cociente entre el diámetro de la burbuja y el diámetro del cabezal. Es un parámetro adimensional. Proporciona una idea del grado de orientación transversal de la película (un aumento de la relación de soplado da como resultado una mayor orientación transversal)
      Saludos

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  11. hola buenas tardes quisiera saber si podria decirma algo sobre espesores axiales o ariales

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    1. Hola Caleb. No entiendo bien tu inquietud. Axial se puede referir más a una orientación debido al estirado de la película que a un espesor. En cuanto a arial creo que te refieres a radial. El estiramiento de la película soplada a lo largo y a lo ancho provoca adelgazamiento del espesor de la misma. Existe un parámetro que mide la reducción del espesor en la resina fundida después de ser soplada denominado relación de adelgazamiento que sería el cociente entre la abertura de labios de la boquilla y el espesor del film. El cual también está directamente asociado a la relación de soplado y la relación de estirado.
      Saludos

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  12. Algún integrante del blog conoce alguna empresa que realice servicios de limpieza de cabezal/labio de extrusión para film agrícola?

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    1. Puedes buscar en el siguiente listado…
      http://www.plastico.com/guia-de-proveedores/
      Saludos

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  13. Thank you for posting such a great article! I found your website perfect for my needs. It contains wonderful and helpful posts. Keep up the good work
    BLISTERAS PARA PLASTICO-TYVEK

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  14. hola amigp disculpa quisiera saver un poco mas sobre los anillos de enfriamiento como funcionan o que funcion tienen y como manejarlos

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  15. hola amigp disculpa quisiera saver un poco mas sobre los anillos de enfriamiento como funcionan o que funcion tienen y como manejarlos

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    1. Hola Marcos. Puedes encontrar información al respecto en los siguientes enlaces…
      https://www.lyondellbasell.com/globalassets/documents/polymers-technical-literature/blown_film_problems.pdf
      http://www.qenos.com/internet/home.nsf/(LUImages)/TG3Film/$File/TG3Film.pdf
      Saludos

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  16. hola maestro mariano. una consulta donde puedo encontrar libros de diseño de extrusoras de lamina para fabricacion de vasos por termoformado. se que se tiene que saber de materiales para diseñar el gusano y otros.. soy estudiante de ingenieria..
    le agradecere mucho maestro

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    1. Hola Isaac. Un libro que te podría ser útil es Extrusion dies for plastics and rubber: Design and engineering computations de Walter Michaeli
      Saludos y mucha suerte con tus estudios

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  17. Buen dia

    Podrian ayudarme con una cuestión?, en un proceso de extrusion soplo para bolsa de polietileno lineal de baja densidad, salen grumos de la pelicula que va saliendo del dado, descartamos contaminación en la resina, asi como la limpieza del equipo. El polieileno es 100% lineal no es una mezcla. Me gustaria saber que otros factores podrian provocar que se formaran grumos. Saludos

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    1. Hola Valente. Bueno, habría que ver las características de los grumos que mencionas. Si es material infundido o geles, podría tratarse del filtro sucio o un tamaño de malla demasiado grande y una temperatura excesiva o un perfil inadecuado. También puede tratarse de puntos fríos en el cabezal, adaptador y conductor de acople.
      Saludos

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  18. Hola amigo mariano buenas tardes soy ivan chavez de la Peru, tengo un problema con 2 extrusoras que se han traido de china. segun nuestra experiencia practica es la relacion hunsillo y cañon el cañon es de 100 mm y el hunsillo o tornillo de 65 mm. Podrias ayudarme en decirme como sacar la relacion. Por favor telo agradeceria mucho ya tenemos un mes sin poder hacer trabajar estas 2 extrusoras

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    1. Hola Iván. No comprendo bien tu consulta. Si es para conocer el espesor de pared del cañón debes restarle el diámetro del tornillo y dividirlo por dos. Y luego se debe restar el espacio entre tornillo y cañón (alrededor de 0.15 mm para un tornillo de 65mm). Con lo que el espesor de la pared sería 17.35 mm. Pero lo cierto es que lo que debes hacer es medirlos, puesto que tanto el tornillo como el cañón pueden estar gastados.
      Saludos

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    2. Marino el cañon y el husillo son nuevos y si el espesor de las paredes del cañon es 17.35 mm la consulta es ¿esta bien el espesor de las paredes del cañon en relacion al diametro del tornillo o husillo?

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  19. Hola amigo Marino espero pueda responder mi pregunta muchas gracias de antemano

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    1. El espesor de la pared del cañón se diseña en función de la presión que deberá soportar el extrusor y va a depender de la resistencia del material con el cual esté fabricado. En la medida que soporte las altas presiones generadas, no creo que tenga mucha implicancia en el proceso de extrusión. Tal vez sí podría llegar a influir un poco en la transferencia de calor, durante calentamiento y enfriamiento, para mantener una temperatura constante. Pero lo cierto es que si la máquina cuenta con un eficiente control automático de temperatura no debiera haber problema
      Saludos

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  20. Buenas tardes Mariano, me encantaria poder tomar clases de extrusion con toda la sabiduria y conocimiento que tienes. Son muchas dudas las que tengo y ya son muchos años los que me dedido a extruir. sin embargo creo que me falta demasiado conocimiento. Dentro de las dudas que tengo esta la siguientes, no se si puedas ayudarme.
    tengo una extrusora y las temperaturas a lo largo del usillo van subiendo y enmedio baja y luego vuelve a subir. esto me afecta en las propiedades mecanicas y fisicas del material ? tengo dos extrusoras chinas y tienen un ventilador en el usillo (al final) esto que sentido tiene, que no deben calentar siempre las resistencias hasta la temperatura necesaria, controlandose con los termopares ?mil gracias por la respuesta

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    1. Hola Carmen. La mayor parte del calor (80% o más) es generado por fricción del material plástico con el tornillo y cañón de la extrusora. Para evitar el sobrecalentamiento y consecuente degradación del material es que las extrusoras cuentan con un sistema de refrigeración. Muchas extrusoras cuentan con ventiladores a lo largo de todo el cañón. Por cada resistencia un ventilador. En conjunto, resistencia y ventilador, mantienen una temperatura constante en cada zona en función de lo que sense la termocupla.
      Saludos

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  21. buenas mariano, la verdad es que hasta ahora estoy aprendiendo del tema pero me gustaría saber cuales son los factores mas relevantes por los cuales se pueden dañar a las extrusoras y las selladoras y como se puede evitar?

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    1. Hola Joel. Dependerá del tipo de extrusora. Lo ideal es prestar atención a las consideraciones del fabricante. Las cuales están dadas generalmente en los manuales de uso de la máquina. Es importante efectuar un mantenimiento preventivo periódico con el fin de detectar posibles anomalías en la máquina que puedan desencadenar en problemas mayores. Un preventivo puede consistir en lubricación, análisis vibracional, chequeo del desgaste del tornillo, estado de engranajes y sensores. Es importante también la capacitación del operador para evitar mal uso del equipo y que este atento y sepa interpretar los datos referentes a presión, temperatura, amperaje y como puede afectar variaciones importantes en estos parámetros al desempeño del equipo.
      Saludos

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    2. buenas tardes otra pregunta como puedo disminuir el consumo de platos de silicona en el troquelado de las selladoras

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    3. Podría ser controlando mejor la presión o utilizando silicona de mejor calidad
      Saludos

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  22. Buenos días amigo Mariano, en la empresa que trabajo nos ha llegado para fabricar unas bolsas para congelados que van a estar a -20°C nosotros trabajamos con LDPE Y LLDPE de la empresa Braskem, me ha informado que trabaje con un METALOCENO que sirve para este tipo de congelados, ya que el costo del EVA es mucho más alto, ahora nosotros queremos mezclar más porcentaje del LLDPE normal que usamos en todas nuestras bolsas que si bien es cierto es un BUTENO.
    1 Qué opina usted funcionaria si solo aumento el porcentaje de mezcla de LLDPE (BUTENO). Nuestra mezcla seria 25 kg de LDPE + 12.5 kg de LLDPE (BUTENO NORMAL).
    2 Qué porcentaje de material puedo utilizar de metaloceno en una mezcla de 25kg de LDPE + 8.4 de LLDPE.
    Espero pueda ayudarme aclarar esta duda. Gracias de antemano.

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    1. Hola Luis. Las mezclas LDPE/LLDPE pueden presentar proporciones antagónicas con propiedades inferiores (menor módulo de elasticidad) pudiendo presentar mejores propiedades una mezcla con 20% de lineal que otra con 30%. También puedes probar con copolímeros hexeno y octeno.
      El polietileno metaloceno comúnmente suele utilizarse en proporciones variables dependiendo de las características buscadas (alrededor de 10-30%). Pero es cierto que mejora las propiedades del film en cuanto a resistencia, incluso a bajas temperaturas. Deberías probar distintas proporciones hasta conseguir el mejor costo-beneficio puesto que suele ser más caro que le LLDPE.
      Saludos

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  23. Gracias, amigo mariano pero dígame una resina de LDPE se puede mezclar directo con el METALOCENO. Por ejempló:
    1.- LDPE (25 KG) + METALOCENO (2.5 KG que viene hacer el 10%de mi resina de LDPE) está bien mi mezcla.
    2.- LDPE (25 KG) + LLDPE (5.06 KG) + METALOCENO (3.34 KG). En este ejemplo estoy sacando el 10% de una mezcla normal que es de 25 kg de LDPE + 8.4 de LLDPE = 33.4 kg.
    O me podrías explicar con ejemplos es la primera vez que vamos hacer un producto para congelados. Gracias de antemano.

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    1. Hola Iván. Se puede mezclar directamente el polietileno metaloceno, pero se debe considerar que existe una gran variedad de este tipo de polietileno. Por lo que se deberá usar uno apropiado. De seguro tu proveedor de este tipo de polietileno te sabrá asesorar sobre el uso de su producto. Las proporciones dependerán de las propiedades deseadas en el film. Se deben evaluar las propiedades obtenidas. Podrías solicitar a tu proveedor las propiedades obtenidas en función del contenido de mPE en la mezcla.
      Saludos

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  24. Buen dia amigo Mariano, desde hace 4 meses tenemos un problema que no hemos podido resolver, producimos rollo tubular de 4.5 cm para envasar congelados, y el material terminado presenta cortes de 1mm a 4mm aleatorios en la orientacion vertical de salida, los cuales aparecen cuando se llena el material con el liquido del refresco, descartamos limpieza, contaminacion, rodillos de colapsado en mal estado, calandrias con bordes, ya que el o los cortes son aleatorios. agradecemos infinitamente
    utilizamos resina LDPE natural y LDPE con 10% lineal , y en ambos casos nos ocurre , de antemano gracias

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    1. Hola Juan. Deberías establecer primeramente en que parte de tu proceso se generan esos cortes o si la película en realidad presenta baja resistencia al rasgado en la dirección de extrusión y luego durante el llenado se rompe. Esto es muy importante para establecer el origen del problema. Ambos tienen soluciones muy distintas. Si los cortes se generan en tu proceso, debiera ser algún problema desde el colapsado al bobinado. Mientras que si es baja resistencia al rasgado ya tendría que ver con parámetros de proceso incorrectos o bajas propiedades mecánicas del material utilizado
      Saludos

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  25. Cordial Saludo, Señor Mariano, te pregunto, tengo mucha curiosidad de que forma desde el proceso de extrusion podemos controlar el tema de la deformacion del material, ya que en muchos de los casos no se logra detectar en el mismo proceso, sino en el siguiente, que recomienda variables recomienda tener controladas dsde el inicio del proceso hasta el almacenaje de los rollos, Gracias.

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    1. Hola Julián. Son varios los factores a considerar para evitar la deformación de la película como, por ejemplo, centrado del cabezal, corrientes de aire, alineación de guías de la burbuja, cesta de colapso, la torre y el bobinador, presión ejercida por las guías de la burbuja, rodillos del sistema de halado, velocidad de halado del equipo constante
      Saludos

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  26. Mil gracias por tu respuestas, otra cosa en la que tengo duda, habiendo tantos tipos de materia prima con y sin aditivos, hay algún tipo de formula o forma de yo verificar la aditivacion final de la pelicula? y para saber si hay rangos específicos, osea, que para impresión tantos aditivos y para laminación tantos otros.? gracias y que pena molestar tanto.

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    1. Para conocer la composición del material se debería recurrir a técnicas analíticas como cromatografía de gases y espectrometría infrarroja.

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  27. buenas tardes, me encuentro en un curso del sena sobre extrusion, y el profesor me estaba comentando acerca de un grano poliamida 612, que tiene propiedades que son compatibles con el pebd, y dice que no es necesario meterle adhesivos, sabes algo de ese tipo de grano? gracias.

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