el calandrado en los plásticos

Introducción
La calandra o calandria es una maquina que se basa en una serie de rodillos de presión que se utilizan para formar o una hoja lisa de material. La aplicación principal de las calandras se encuentra en el final proceso de fabricación de papel.
El calandrado también se puede aplicar a otras materias distintas del papel, cuando es deseable una superficie lisa y plana, como el algodón, linos, sedas y diversas telas hechas por el hombre y los polímeros, tales como láminas de polímero como vinilo (PVC) y ABS, y en menor medida, polietileno de alta densidad (HDPE) , polipropileno y poliestireno.

Rodillos de calandrado

El calandrado es un proceso importante en las industrias del caucho, sobre todo en la fabricación de neumáticos, en el que se utiliza para la capa interna y la capa de tela.
El calandrado sirve para la fabricación de láminas partiendo de formas de plástico en bruto (termoplástico o elastómero) o bien por una cinta extruida, en cuyo caso la extrusora esta dispuesta directamente en la alimentación de la calandria. El material se hace pasar por diferentes rodillos cilíndricos que reducen el espesor de las láminas. El tipo de producto que se obtiene consiste en una película de plástico de pequeño espesor.

Línea de calandrado para caucho de 4 rodillos

Calandra de 3 rodillos para caucho

Alguno de los rodillos puede estar grabado para dar una textura a la hoja resultante. El espesor de la lámina está dado por la distancia existente entre dos rodillos. Con este proceso se producen láminas que se utilizan como materia prima para otros procesos secundarios, pero también productos como cortinas de baño, alfombras e impermeables.

Impermeable

Etapas del proceso

Las etapas del proceso de calandrado se puede dividor en 4 etapas básicas: Alimentación, cilíndros de calandría, Cilindros de calibración y enfriamiento y por último corte y bobinado

Esquema básico de una línea de calandrado

1) Alimentación
El material de alimentación debe estar previamente plastificado en estado fundido previamente extruido en el caso de los termoplásticos (PE, TPU) o estado de gel (PVC con plastificantes. El calandrado de goma también se realiza en estado de gel (en general se agregan aditivos que ayudan el procesado)

2) Cilindros de calandria
Dependiendo de la lámina que se desea obtener los rodillos, su largo puede variar entre 2 y 4 metros. La calandrias consta de por lo general de 3 o 4 rodillos. Su disposición puede variar, pero la alimentación casi siempre se realiza por la parte superior. Ejemplos:

Diferentes disposiciones de los cilindros de calandrado

El espesor de la lámina calandrada obtenida varía entre 0,3 y 1 mm.

3) Cilindros de calibración y enfriamiento.

4) Corte y bobinado.

Características del proceso
Mediante el calandrado se obtienen diferentes acabados superficiales: brillante, mate, difuminado, texturas. Esto dependerá del recubrimiento aplicado en el último cilindro caliente.
Las instalaciones de calandrado son costosas. La puesta en marcha del proceso es de aproximadamente 10 horas, lo que sólo lo hace rentable para grandes volúmenes de producción. Este es un proceso generalmente aplicable a materiales de alta viscosidad (goma) y que se degradan fácilmente (deben estar poco tiempo a temperatura elevada), como por ejemplo el PVC.

Condiciones de operación (Efectos sobre la calidad de la lámina)
Temperatura:
La temperatura del material se ve apenas modificada en el proceso por ser la generación viscosa pequeña (<10-20ºC) y baja la conducción de calor.
A mayor temperatura del material se obtiene una mejor calidad superficial, menor riesgo de defectos de despegue y una disminución de la viscosidad. La disminución de la viscosidad genera una menor presión sobre la masa y consecuentemente un menor esfuerzo sobre los rodillos, pero puede generar la inclusión de burbujas en la lámina. Una temperatura demasiado elevada puede ocasionar la degradación del material

Velocidad de los rodillos
La variación de la velocidad de los rodillos permite regular espesor de la lámina sin variar el entrehierro (espacio entre rodillos)
A mayor velocidad se obtiene un mayor ritmo de producción, una mayor presión y la consecuente generación viscosa de calor. Un incremento exagerado de la velocidad puede ocasionar posibles problemas de aspereza superficial (ruptura del fundido)

Campo de buena operatividad en un diagrama de velocidad-temperatura

Observando el grafico se deducen los límites del proceso:
1) Exceso de presión de los cilindros. Aspereza superficial.
2) Bajo rendimiento del proceso.
3) Deficiente homogenización. Defectos superficiales.
4) Degradación superficial e inclusiones de aire.
5) Degradación térmica.

Medida y control del espesor
La homogeneidad del espesor a lo ancho de la lámina se regula mediante dos técnicas:
1.- Aplicación de momentos flectores en extremos de los cilindros
2.- Variando el ángulo entre los ejes de los cilindros (se rompe paralelismo)
La medida del espesor a lo ancho de la lámina se realiza mediante un detector de absorción de radiación β (beta), que será proporcional al espesor. El sistema de medida permite ajustar de forma continua el sistema de regulación para obtener un espesor homogéneo. También existen sensores de espesor por rayos x, por rayos γ (gamma) y por láser.

Enfriamiento y acabado
En el caso de los termoplásticos, el espesor definitivo de la lámina puede ser el obtenido en el calandrado, en cuyo caso el material es soportado por un tren de rodillos que impiden que se deforme o el que se obtiene por un estirado final aún a las temperaturas cercanas a las de calandrado (temperaturas demasiado bajas producirían tensiones residuales). El estirado se realiza en films de hasta 50μm.
Las últimas etapas del proceso son el enfriamiento, el recorte de bordes y el bobinado sin estiramiento adicional (empleo de rodillos de par torsor constante).
Para el caso de los elastómeros se obtiene el producto “en verde” sin vulcanizar. El horno de vulcanización puede situarse a la salida de la calandria para el caso de las cintas o bien se dispone del producto sin vulcanizar, en cuyo caso, el material es vulcanizado posteriormente, tal el caso de las cintas utilizadas en la fabricación de neumáticos (los neumáticos se fabrican con varias cintas de caucho crudo y se vulcanizan una vez confeccionado el mismo)

Recubrimiento por calandrado
El recubrimiento por calandrado es una técnica adecuada para recubrir sustratos tales como papel, cartón, aluminio, tejidos, etc. El recubrimiento polimérico se añade en forma de pasta, sol o gel. Si se añaden agentes gasificantes puede obtenerse una lámina espumada.

Recubrimiento por calandrado

El disolvente o dispersante se evapora en contacto con cilindros calientes y/o en una estufa denominada secadero. Simultáneamente, se produce la descomposición del agente gasificante, si lo hay, y el eventual espumado de la lámina. Al final del proceso se produce el enfriado (cilindros enfriadores), corte y bobinado de la lámina.
También se puede realizar la estampación con el empleo de tintas mediante rodillos grabados. Las tintas pueden expandirse, por la superficie la lámina, con agentes gasificantes, pudiendo realizarse dibujos aplicando inhibidores de la gasificación.

Laminación
El proceso de laminación es muy similar al calandrado pero con la diferencia que el material de partida son láminas prefabricadas. Este proceso permite combinar diferentes propiedades de distintos materiales dispuestos en capas. Por ejemplo, resistencia de una capa, baja permeabilidad de otra, etc.).

Laminación

La unión de las láminas se produce al pasar entre los rodillos de presión (nip rolls). Existen dos métodos de unión entre láminas:

1) Laminación con adhesivos. Los adhesivos pueden ser:
Secos: la unión se produce por reticulación por efecto del calor. Este tipo de adhesivo no genera residuos.
En emulsión o disolución: la eliminación de los disolventes se realiza mediante el secado del laminado en estufa (si el laminado es poroso), o eliminación en estufa previa a la laminación (si el laminado no es poroso).

2) Laminación térmica. Se aplica la temperatura necesaria en cada lámina para que queden soldadas. Este tipo de unión se realiza en caso de que los materiales de cada capa sean compatibles.

Productos obtenidos por calandrado
Con este proceso se producen láminas que se utilizan como materia prima para otros procesos secundarios, pero también productos como cortinas de baño, alfombras, manteles e impermeables.
Las características de los materiales obtenidos por el proceso de calandrado son:
· posibilidad de obtener materiales planos con o sin brillo
· productos transparentes, opacos o de color
· baja permeabilidad al vapor de agua
· productos no tóxicos
· de espesor constante
· obtención de materiales rígidos o flexibles.
Entre los productos rígidos se encuentran las hojas para termoformado de blisters, confección de tarjetas de crédito y de uso general, rótulos, etiquetas, etc.

Las principales aplicaciones en materiales flexibles son: lonas de camión, laminados  "banners” (gigantografías impresas sobre láminas vinílicas), laminados de toldos, sombrillas y cubiertas, laminados para la fabricación de bolsas de sangre y suero, aplicaciones industriales como la fabricación de geo-membranas (láminas de PVC o goma para recubrimiento e impedir contaminación, fosa séptica, rellenos sanitarios, etc.)  y cintas transportadoras entre otras aplicaciones