Termosellado

Introducción

El termosellado es el proceso de soldado de un termoplástico a otro termoplástico u otro material compatible usando calor y presión. El método de contacto directo de sellado por calor utiliza un troquel o barra de sellado caliente para aplicar calor a un área de contacto específico para sellar o soldar los termoplásticos juntos mientras que el sellado por inducción utiliza electromagnetismo para la generación del calor necesario para la soldadura. El sellado térmico se utiliza para muchas aplicaciones, incluyendo conectores electrónicos, adhesivos activados térmicamente y películas. Una variedad de termoselladoras están disponibles para unir materiales termoplásticos tales como películas plásticas: sellador de barra caliente, selladora de impulso, etc.

Los adhesivo de fusión en caliente (hot melt) se pueden aplicar en tiras o perlas en el punto de unión. También se puede aplicar a una de las superficies durante una etapa de fabricación anterior y luego se reactiva mediante calor para la unión.

Termoselladoras

Una termoselladora o sellador térmico es una máquina utilizada para el sellado de materiales termoplásticos utilizando calor. Esto puede ser con materiales termoplásticos monocapas o que tienen varias capas, siendo al menos una termoplástica. El termosellado puede unir dos materiales similares entre sí o pueden unirse a materiales distintos, uno de los cuales debe tener una capa termoplástica.

Existen dos tipos principales de termoselladoras por contacto directo: por barra caliente y por impulso según sea el sistema de calentamiento de la herramienta, continuo o discontinuo respectivamente.

Están disponibles otros sistemas de sellado en los cuales el calentamiento del sustrato se realiza sin contacto directo con los materiales a unir como, por ejemplo, el sellado por inducción o por gas caliente. Pero todos los sistemas requieren la aplicación de presión para el logro de la soldadura.

Tipos de termoselladoras

Selladoras por barra caliente

Poseen una herramienta que es calentada y se mantiene a una temperatura constante (también conocido como sellado térmico por contacto directo).

Esquema de sellado por barra caliente

Estos utilizan una o más barras calentadas que hace contactar el material con la interfase caliente y formar una unión. Las barras, planchas y troqueles tienen diferentes configuraciones y se pueden cubrir con una capa anti-adherente o utilizan diversos materiales de interposición (ejemplo: recubrimiento de teflón) para evitar que se pegue a la herramienta caliente.

Sellador por barra caliente manual

Sellador térmico continuo

También conocidos como selladores de banda, utilizan correas en movimiento sobre los elementos de calefacción. Generalmente están disponibles en alimentación horizontal y vertical, diseñadas para sellar bolsas. El modelo vertical es ideal para embalaje de bolsas que contienen artículos vertibles como polvos o líquidos. 

Selladoras de banda (horizontal y vertical)

Selladores térmicos por impulso

Tienen elementos de calefacción (uno o dos) usualmente de nicromo (aleación de níquel y cromo) colocados entre un caucho sintético resistente y una superficie antiadherente.

Esquema de sellado por impulso

Los elementos calefactores no se calientan continuamente; se genera calor sólo cuando fluye la corriente. Cuando los materiales se colocan en el cierre por calor, se mantienen en su lugar por la presión. Una corriente eléctrica calienta el elemento de calentamiento durante un tiempo especificado para crear la temperatura requerida. Las mordazas mantienen el material en su lugar después de que se detuvo el calentamiento, a veces con agua de refrigeración.

Sellador por impulso manual

Sellador por alambre caliente

Implica un alambre caliente que corta las superficies y los une con un cordón de borde fundido. Para esta misma función existen selladoras que presentan cuchillas de corte. Esto no se emplea por lo general cuando las propiedades de barrera son críticas.

Termosellado por alambre y por cuchilla

Dentro de la termoselladoras por alambre caliente se pueden encontrar las termoselladora tipo “L”. Son específicas para el envasado con películas termocontraíbles. Con el accionamiento de su cabezal sueldan y cortan el material embolsando el producto. Tienen la particularidad que pueden soldar en forma de ele. Posteriormente, se sopla aire caliente para la contracción del film plástico.

Termoselladora tipo “L”

Sellador por inducción

Se denomina sellado por inducción, a un método, sin contacto, de calentar un disco metálico para sellar herméticamente la parte superior de recipientes de plástico o de vidrio. Este proceso de sellado se realiza luego que el contenedor ha sido llenado con su contenido y la tapa se ha colocado en su posición.

El método utiliza el principio de inducción electromagnética para generar calor y fijar el material del sello.

Sellado por inducción

La tapa presenta una película delgada que es la inductora. Esta película puede ser de diversos materiales, distribuidos en varias capas. El estrato superior es de papel, generalmente adherida con pegamento a la tapa. La capa siguiente es de cera, que se utiliza para adherir una laminilla de aluminio al papel. El estrato inferior es un film de polímero laminado sobre el metal. Luego que la tapa o cierre se coloca en posición, al contenedor se le hace pasar bajo una bobina de inducción, la cual emite un campo electromagnético oscilante.

Capas de la tapa

Cuando el contenedor o botella pasa bajo la espira de inducción la lámina de aluminio que conduce la electricidad comienza a calentarse. El calor derrite la cera, la cual se absorbe en la pulpa del papel y libera a la laminilla metálica de la tapa. El film polímero también se calienta y fluye hacia el reborde de la abertura del contenedor. Al enfriarse, el polímero forma una unión con el contenedor y establece así un sello hermético. Este proceso, que ocurre en un lapso de unos pocos segundos, no afecta al recipiente, ni a su contenido.

Selladora automática por inducción

Otros tipos de máquinas selladoras

Sellado por alta frecuencia

Durante el proceso, las piezas a unir se someten a un campo eléctrico de alta frecuencia aplicada entre dos barras de metal. El campo eléctrico dinámico provoca la vibración molecular en el plástico. Algunos de los movimientos oscilatorios resultantes se convierten en energía térmica, haciendo que el material a calentar.

Los productos fabricados por soldadura de alta frecuencia incluyen carteras de papelería, inflables, lonas y bolsas de sangre.

La técnica se restringe generalmente a de PVC, EVA y poliuretanos.

Sellado por ultrasonido

La soldadura ultrasónica implica el uso de alta frecuencia de energía mecánica para ablandar o fundir el termoplástico en la línea de la articulación. Piezas a unir se mantienen juntas bajo presión y después se someten a vibraciones ultrasónicas, por lo general a una frecuencia de 20 o 40 kHz. La soldadura ultrasónica es un proceso rápido, con tiempos de soldadura típicamente menos de un segundo, y puede ser fácilmente automatizado. Se trata de una opción para el sellado de embalajes tales como pomos.

Termosellado por gas caliente

El calentamiento de las zonas a sellar es realizado mediante aire caliente para lograr el ablandamiento del termoplástico con la posterior aplicación de presión para lograr la soldadura. Puede utilizarse para armar los paneles laterales de plástico de construcciones agrícolas de peso ligero, tales como invernaderos y cobertizos. Esta técnica también es utilizada para cerramiento de pomos.

Calidad de sellado

Un buen sellado es el resultado de tiempo, temperatura y presión correctos para determinado material termoplástico. Varios métodos de ensayo están disponibles para medir la resistencia de los sellos por calor. Como así también, hay varios métodos disponibles para determinar la capacidad de un paquete o envase sellado para retener su integridad, características de barrera y la esterilidad.

Los métodos de prueba pueden incluir: resistencia del sellado (ASTM F2824 y F88), estallido por presurización y fluencia durante tiempos prolongados (ASTM F1140 y F2054), integridad de vacío (ASTM D3078), etc.

Ensayo de resistencia del sellado

Aplicaciones principales

Una de las principales aplicación para el proceso de sellado térmico es en la industria del envasado para el sellado de bolsas, potes, pomos y otros tipos de envases.

La fabricación de bolsas o los recipientes flexibles utiliza el sellado térmico, ya sea para la soldadura perimetral del material plástico de las bolsas como para el sellado de los extremos en las bolsas.

El sellado térmico se utiliza para unir conectores de las pantallas LCD (pantallas de cristal líquido) al PCB (placa de circuito impreso) en muchos productos electrónicos de consumo, así como en los dispositivos médicos y de telecomunicaciones.

En la industria médica, también se utiliza este proceso para sellar y evitar la contaminación de los dispositivos de prueba médica, material quirúrgico y bandejas de recogida de muestras.

Otra aplicación puede ser para la unión de varias películas plásticas para obtener una de mayor extensión como las utilizadas en invernaderos. 

Envasado de productos alimenticios

Instrumental quirúrgico

Envasado en film termocontraible

Termosellado de lona de PVC

Unión de conectores flexibles del LCD al PCB

Fuentes:

Handbook of Plastics Joining: A Practical Guide - Michael J. Troughton
Food and Package Engineering - Scott A. Morris
http://www.hdrpower.com
http://mpaksys.homestead.com
http://www.bottle-cap-sealing.com
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http://www.arpoli.cl
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http://www.tossheatseal.com