Hoja de PET virgen/reciclada termoformada

El PET (también conocido como APET, RPET, PETE o poliéster) es una resina plástica construida químicamente combinando ácido tereftálico con etilenglicol. Los plásticos se componen de hidrocarburos, componentes básicos que normalmente se derivan del gas natural o del petróleo. Estos monómeros de hidrocarburos están unidos formando largas cadenas llamadas polímeros o resinas plásticas. Diferentes combinaciones de monómeros darán como resultado resinas con características y propiedades especializadas. Al igual que diferentes metales como el cobre, la plata y el aluminio, que muestran propiedades únicas, lo que resulta en diferentes usos, los plásticos son muy versátiles y muestran diferentes propiedades y características, lo que resulta en una amplia gama de aplicaciones.

Si bien los envases de PET son predominantemente familiares en su aplicación en botellas de bebidas carbonatadas, en condiciones adecuadas, el PET cristaliza lentamente para dar un plástico semicristalino de alta temperatura. Con ciertas máquinas y equipos de extrusión, el PET extruido se puede enfriar lo suficientemente rápido como para evitar una cristalización sustancial, y el resultado es una lámina transparente que se utiliza en el termoformado.

Las propiedades del PET que lo hacen deseable incluyen:

• Claridad y brillo
• Dureza
• Peso ligero
• Buena barrera a los gases
• Resistencia a disolventes/corrosión
• Buena relación costo/rendimiento
• Durable, difícil de romper
• Propiedades de bisagra duraderas
• Reciclable y Remolienda

A lo largo de los años, un aumento constante en el uso de PET ha provocado una disminución en el uso de aluminio, vidrio y otros materiales de embalaje convencionales. Las tiendas de conveniencia ahora están repletas de hileras de botellas de PET refrigeradas de refrescos, agua, leche y jugo, y encontrar una botella de vidrio se ha convertido en una rareza. Incluso las botellas de cerveza han visto recientemente un cambio hacia el plástico en eventos deportivos. La tendencia al alza y el uso de botellas de PET se ha traducido en un mayor uso de PET en otras aplicaciones, incluidas las láminas de PET termoformadas. Las tiendas de comestibles y ferreterías locales son una galería de los múltiples usos de las láminas de PET, desde contenedores de frutas hasta bandejas de plástico y paquetes de tuercas y tornillos. Con esta perspectiva en mente, es crucial evaluar los usos, técnicas, propiedades y características actuales del termoformado y troquelado de láminas de PET virgen y recicladas.

La industria ha acuñado varias siglas para especificar las capacidades específicas de uso final del PET. Por ejemplo, cuando se utiliza en estado cristalino para bandejas horneables, el PET se denomina CPET; cuando se utiliza como película orientada para aprovechar sus propiedades de tenacidad, alta temperatura y resistencia química, se denomina OPET; cuando se utiliza para el moldeo por extrusión-soplado de contenedores, se denomina EPET; y cuando se añaden modificadores de glicol para minimizar la fragilidad y el envejecimiento prematuro, se llama PETG. El acrónimo APET describe al PET cuando se presenta en forma de lámina amorfa y transparente para envases termoformados y productos relacionados. Y RPET significa lámina de PET reciclado, que muestra propiedades similares al PET virgen o APET. Para todos los propósitos intensos, APET, PET, RPET, Poliéster y PETE son lo mismo, tereftalato de polietileno.
Durante el procesamiento se permite que el CPET forme cristales muy rápidos. Estos cristales le permiten soportar calores más altos que el APET normal no puede. Si bien esto dificulta el termoformado, la resistencia al calor del CPET permite su uso en microondas y hornos. Una característica especial del APET es la facilidad de reciclaje. El PET o RPET reciclado, que proviene de recortes o desechos de APET molidos, así como del reciclaje de botellas de bebidas de PET, permite un uso prolongado sin agotar los recursos ni aumentar los desechos. El material reciclado a menudo se combina con PET virgen cuando se vuelve a extruir, creando una mezcla estable y utilizable. La única restricción real del RPET es su uso en envases de alimentos, pero sigue siendo muy utilizable en otras aplicaciones de envases industriales que muestran propiedades muy similares a las de las láminas de APET virgen.

El PET es muy sensible a la humedad. En otros polímeros, la humedad emerge en forma de burbujas, pero la humedad del PET ataca directamente su estructura química y la descompone. Esto se llama degradación hidrolítica (o degradación de la viscosidad intrínseca) y tiende a provocar un hundimiento excesivo durante el calentamiento y una pérdida de propiedades difícil de detectar. Las escamas o la resina de PET deben secarse hasta un “nivel de humedad del 0,005 % o menos” (TRS-106B) antes de la extrusión de la lámina o el moldeo por inyección de botellas; de lo contrario, se producirá una reducción de las propiedades físicas, incluida la resistencia al impacto. La resistencia al impacto es la capacidad de la lámina para resistir perforaciones. Si bien el PET se puede secar adecuadamente de varias maneras, vale la pena repetir que las escamas de PET no deben estar húmedas antes de procesos como la extrusión y el moldeo por inyección. La lámina de PET no necesita ningún secado especial antes del termoformado, pero no debe exponerse a la lluvia ni al agua. Consulte el Apéndice VIII para conocer las condiciones secas de otros polímeros.

El PET es más resistente que otros polímeros plásticos. Esta dureza es una de las razones positivas del crecimiento de las aplicaciones de láminas de PET. En particular, las láminas de PET exhiben excelentes propiedades de bisagra duraderas, lo que hace posibles envases de mayor duración, como cartones de huevos de PET y envases de tuercas y tornillos. Los paquetes de poliestireno (OPS o HIPS) son adecuados para paquetes de vida corta, como paquetes de panadería, pero no tienen la dureza ni las propiedades de bisagra duraderas para paquetes de vida más larga. Incluso las láminas de PVC no tienen las propiedades de bisagra duraderas de las láminas de PET. Esta dureza de la lámina de PET permite paquetes muy duraderos y de mayor duración, pero también crea más dificultades para cortar y recortar.

El termoformado consiste en calentar la lámina, a una temperatura inferior a su punto de fusión, hasta un estado vítreo o blando, y luego estirarla hasta darle los contornos de un molde. Las características de la lámina de PET son similares a las de otras láminas amorfas y, por lo tanto, los métodos de termoformado también son comparables, especialmente con el PVC. Las consideraciones clave a recordar con la lámina de PET son mantenerla muy seca y no sobrecalentarse; de lo contrario se producen cambios significativos en el PET que debilitan sus propiedades. El PET es una sustancia resistente, lo que conduce al mayor desafío al que se enfrentan los termoformadores: el troquelado. Aunque otras sustancias se rompen después de cortar sólo parcialmente, la lámina de PET debe cortarse completamente para que se rompa.

Cuando un polímero se calienta desde una temperatura baja, se transforma de un estado vítreo a un estado gomoso. La temperatura a la que se produce esta transición se denomina generalmente "temperatura de transición vítrea" (abreviada Tg), y el rango de temperatura en el que el polímero es suficientemente flexible para estirarse y darle la forma deseada se denomina "ventana de termoformado". El termoformado es la categoría general de procesos que calientan una lámina de polímero hasta este estado gomoso y luego utilizan uno de varios métodos para darle la forma deseada a la lámina calentada. Después de enfriar y endurecer, los bordes se cortan mediante un procedimiento llamado troquelado dejando el producto completo. Si bien el proceso puede parecer simple, numerosos factores dictan y manipulan el mínimo grado de perfección necesario para crear un producto perfecto. No sólo se deben considerar las propiedades físicas de la sustancia enfriada, sino que también se deben calcular las propiedades del polímero cuando se calienta. El tereftalato de polietileno o, más comúnmente, PET, es un polímero que se obtiene combinando ácido tereftálico o ácido tereftalato de dimetilo con etilenglicol. De esta combinación química surge una amplia gama de aplicaciones y usos termoplásticos para el PET y sus derivados aditivos. El PET es una sustancia extremadamente versátil, porque sus propiedades y características proporcionan una usabilidad y versatilidad relativamente fácil. El cumplimiento de las láminas de PET virgen con las regulaciones de la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) ha permitido una diversidad de aplicaciones alimentarias, incluidos elementos básicos de embalaje como cubiertas, bandejas, contenedores y cestas de frutas y verduras. Y el PET reciclado (RPET) mediante trituración y adición de material virgen ha permitido a las empresas crear el producto que necesitan además de disipar muchas preocupaciones medioambientales del mañana.

En la extrusión, a diferencia del termoformado, el PET crudo debe calentarse más allá de su temperatura de transición vítrea de 70 °C (158 °F) hasta su temperatura de fusión de 255 °C (490 °F). A esta temperatura este PET se encuentra en estado líquido donde continúa la extrusión. (Para obtener una comparación básica de las temperaturas de transición de los polímeros termoformables, consulte el Apéndice II.) El proceso básico de extrusión es el siguiente: 1. Los gránulos o las escamas de PET se secan en un secador desecante, se introducen en una tolva y se colocan encima del barril. 2. El cilindro de la extrusora contiene un tornillo giratorio que transporta, funde y bombea la resina derretida hasta convertirla en una lámina plana. 3. Los rodillos de calandria ajustan el espesor de la hoja. 4. La lámina de PET extruida se enrolla en un rollo o material transparente y se corta al ancho apropiado. Esta hoja de acabado se puede utilizar en diversas operaciones de termoformado para crear el producto deseado.

Al termoformar láminas de PET y la mayoría de los polímeros termoformados, una de las consideraciones más importantes es el calentamiento. El calentamiento contribuye en un porcentaje significativo al coste final de un producto formado. Un calentamiento insuficiente provocará que no se formen los contornos del molde. El sobrecalentamiento provoca numerosos problemas, incluida la mala calidad y los productos finales débiles. El sobrecalentamiento cristalizará la lámina de PET y provocará un hundimiento excesivo y una turbidez visible. Esto aumenta la fragilidad y dificulta la termoformabilidad. Con una lámina más gruesa y sus ciclos de calentamiento más largos, la cristalinidad y la turbidez se convierten en mayores preocupaciones. Una vez que aparece la neblina cristalina, sólo se puede eliminar mediante la reextrusión de ese material. Simplemente, es crucial mantener las temperaturas de formación adecuadas del PET (300°F o 149°C).
Hay tres métodos básicos para calentar láminas: conducción, convenciones y radiación. La conducción es la transferencia de calor mediante el contacto directo entre la lámina y el área calentada. No importa qué método de calentamiento real se utilice, la conducción es la forma principal en que la energía se mueve a través de la lámina de plástico. La velocidad y el calor necesarios para transferir calor desde la superficie a toda la lámina son un factor de control, especialmente en láminas más gruesas. La convección es la transferencia de calor por contacto entre un medio fluido y un sólido. Por ejemplo, la sábana más fría se encontrará con aire más cálido y un intercambio de energía y calor calentará la sábana. También se produce una transferencia más rápida y eficiente en el aire en movimiento en comparación con el aire quieto o estancado. La radiación es la transferencia de calor mediante un intercambio de energía electromagnética entre superficies frías y calientes.
La conducción es mucho más eficaz energéticamente que el calentamiento por convección, pero la tendencia del PET a adherirse al metal caliente requiere placas calefactoras recubiertas de teflón. A menudo se emplean métodos híbridos con una combinación de cada uno de ellos. Independientemente del método de calentamiento utilizado, es fundamental mantener una temperatura uniforme en toda la lámina. Las corrientes de aire y los cambios repentinos en las temperaturas circundantes deben mantenerse al mínimo. Un dispositivo sensor de temperatura también mejorará enormemente los resultados al termoformar.
Además de la temperatura, a la hora de calentar también se debe tener en cuenta el tiempo. "Para evitar un hundimiento excesivo y una posible cristalización de la lámina, el ciclo de calentamiento debe ser lo más corto posible, siempre que se alcance la temperatura adecuada de la lámina". (TRS-111). El tiempo para calentar la lámina controlará el ciclo de la máquina y también determinará el tiempo total necesario para termoformar. Un beneficio del PET sobre el PVC es su tiempo de ciclo más rápido, pero aún así se debe tener en cuenta la importancia de la coherencia con el termoformado.

Una de las principales ventajas de la lámina de PET termoformado es su versatilidad junto con su dureza, propiedades de bisagra duraderas y costo razonable. Existen numerosas opciones para el termoformado; se podría utilizar ayuda de tapón o formación de drapeado; se podría utilizar vacío o formación de presión; se podría utilizar un molde combinado; las opciones y adaptaciones son numerosas.

También deben tenerse en cuenta los siguientes criterios:
1. Las temperaturas del molde inferiores a 27° C (80° F) pueden causar “congelación” de la lámina, embutición no uniforme y piezas estresadas; sin embargo, la temperatura del molde es la clave para lograr ciclos más rápidos. Por encima de 60° C (140° F), podría ser necesario un ciclo de producción más largo y podría producirse una distorsión de la pieza.
2. A temperaturas ligeramente superiores a la Tg de 80° C (176° F), el PET se puede orientar, pero para lograrlo se necesitan fuerzas de conformado mucho mayores que las disponibles en el conformado al vacío. A medida que la temperatura de la lámina de APET se acerca a 149° C (300° F), su viscosidad se reduce hasta el punto en que es muy moldeable mediante fuerzas de presión y vacío. Hay que subrayar una vez más que, si la chapa está demasiado fría, pueden producirse piezas tensas y quebradizas.

Para lograr resultados controlados, consistentes y confiables al termoformar láminas de PET, se deben considerar algunas pautas básicas:

Hacer
1. Utilice ajustes de calor moderados en el equipo de termoformado para obtener una temperatura de la hoja entre 140° C y 165° C (280° F a 325° F).
2. Utilice temperaturas del molde que oscilen entre 40° C y 60° C (100° F a 140° F).
3. Controlar las temperaturas
4. Utilice ciclos de conformado más cortos y temperaturas más bajas que las utilizadas en el termoconformado de otras láminas como el PVC. 5. Utilice una lámina recubierta de silicona para eliminar las ampollas de forma óptima.

No
1. Sobrecalentar la sábana. La cristalización se producirá si la lámina se sobrecalienta, lo que provocará que la lámina se blanquee y se vuelva quebradiza. También puede producirse una flexión excesiva con la consiguiente cincha.
2. Utiliza moldes fríos. Temperaturas del molde tan bajas como 20° C a 25° C (70° F a 80° F) pueden causar “congelación” de la película y un estirado no uniforme, especialmente con moldes macho.
3. Utilice temperaturas de lámina inferiores a 140 ο C (280 ο F). Debido a las tensiones internas por congelación en la pieza, el conformado en frío puede causar fragilidad.